CFD

Autodesk CFD – мощная расчетная система для точного и гибкого моделирования потоков жидкостей, газов и процессов теплопередачи. Имеет Сертификат соответствия российским стандартам и отвечает требованиям ГОСТ и СНИП.

ФУНКЦИОНАЛ AUTODESK CFD

Интеграция с САПР

Любой гидрогазодинамический расчет начинается с определения расчетной модели, основой для которой является подготовленная геометрия исследуемых объектов. Неважно в какой САПР вы работаете, Autodesk CFD поддерживает любые популярные форматы.

Autodesk CFD может использовать геометрическую модель без установленного САПР-приложения на компьютере или может быть интегрирован во все основные САПР, включая Autodesk Inventor, Autodesk Revit, PTC Creo, Solidworks, UGNX, SpaceClaim. При этом передача геометрии CFD из CAD-приложения происходит напрямую, без сохранения промежуточных файлов. Кроме того, данный способ передачи данных позволит сохранить ассоциативность геометрической и расчетной моделей: при изменении геометрии объектов в САПР, все изменения будут учтены в CFD, и настройки расчетной модели будут сохранены.

Развитые средства работы с геометрией

Очень часто геометрия, разработанная в САПР, содержит большое количество различных элементов, которые не оказывают значительного влияния на результаты CFD-расчета. но в тоже время являются проблемными с точки зрения комплексности подготовки модели, так как могут привести к усложнению или невозможности построения сетки, увеличению ресурсов для расчета и, как следствие, существенному увеличению времени решения.

Для работы с геометрией в комплексе с Autodesk CFD есть специальная утилита SimStudio Tools, предназначенная для подготовки геометрической модели к расчету, а также построению качественной расчетной сетки. В составе SimStudio Tools уже присутствуют инструменты для создания, изменения, упрощения и анализа геометрии. Неважно, установлена ли САПР-система на компьютере или нет, Autodesk CFD предоставляет все необходимые инструменты для подготовки и проведения CFD-расчетов.

Обширная библиотека законченных изделий и материалов

Autodesk CFD содержит базу данных большого количества материалов и веществ, используемых в различных отраслях промышленности, и включает все их теплофизические свойства, необходимые для CFD-расчетов. В данной базе материалов есть сведения о характеристиках наиболее часто встречающихся жидкостях и газов, а также законченных компонентов и устройств систем: электронных приборов (включая активные электронные компоненты – светодиоды, микросхемы, транзисторы, печатные платы), вращающиеся машины (включая вентиляторы и насосы), теплообменное оборудование и др.

При необходимости пользователь может создавать свои базы данных со свойствами материалов, которые можно редактировать, пополнять и пересылать другими пользователям.

Эргономика и удобство пользователя

Одной из идей, которой руководствовались разработчики Autodesk CFD, было создание интуитивно-понятного инструмента, который поможет инженерам, не имеющим большого опыта работы с CAE-приложениями, оперативно искать ответы на вопросы по гидрогазодинамическим параметрам работы проектируемых объектов. Именно поэтому интерфейс пользователя выполнен в едином, уже знакомом пользователям Autodesk стиле. Простой и знакомый интерфейс упрощает освоение CFD-комплекса и становится очень удобным.

Autodesk CFD обладает множеством возможностей, облегчающих работу по подготовке и проведению расчетов и анализу полученных результатов. Расширенные возможности контекстного меню и подсказок, возможность перетаскивания расчетных данных в среде подготовки проекта, удобные диалоговые окна, возможность использования математических выражений, возможность ввода переменных нагрузок и коэффициентов, расширенная справка с упражнениями для самообучения, а также многие другие возможности автоматизации процесса подготовки расчетов позволяют ускорить расчеты и получить результат в короткий срок.

Автоматическое создание расчетной сетки

Генератор расчетной сетки в Autodesk CFD по умолчанию настроен на генерацию качественной сетки для широко встречающихся задач. В то же время пользователь всегда имеет возможность изменить параметры сеточного генератора, а также создать отдельные зоны с индивидуальными настройками сетки.

Мощный решатель CFD\CFD2

Autodesk CFD имеет встроенный мощный решатель для комплексных расчетов задач динамики жидкостей и газов. Для моделирования больших моделей с количеством элементов от 10 до 50 доступен новый решатель CFD2. Возможности CFD2 показывают значительное снижение времени расчетов на мощных многоядерных компьютерных системах. Архитектура CFD2 идеальна для многопроцессорных систем и кластеров с несколькими узлами.

Autodesk CFD обладает широкими возможностями и поддерживает моделирование многих физических процессов:

• внутренний несжимаемый поток;
• внешний несжимаемый поток;
• теплопередача;
• периодические граничные условия;
• нестационарные потоки;
• свободная поверхность (Volume of Fluid - VOF);
• скалярное смешивание;
• испарение;
• прогнозирование мест возникновения кавитации;
• излучение;
• солнечный нагрев;
• сжимаемые потоки;
• нагрев под действием электрического тока;
• вращающиеся машины (осевые компрессоры, насосы, вентиляторы);
• визуализация дыма;
• тепловой комфорт;
• прогнозирование мест возникновения эрозии;
• теплообменники;
• компактные тепловыделяющие модели;
• печатные платы;
• термоэлектрические компоненты;
• тепловые радиаторы;
• проницаемые материалы.

Значения параметров решателя, установленные по умолчанию, подходят для большинства решаемых задач. В случае необходимости пользователь может установить индивидуальные значения параметров решателя для конкретной задачи, включая выбор схемы адвекции, модели турбулентности и других параметров.

Высокопроизводительные вычисления

Для комплексных CFD-задач, в которых предполагается использование сетки с большим количеством элементов или стоит задача моделирования длительного процесса, Autodesk CFD позволяет использовать возможности высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing – HPC).

Решатель Autodesk CFD поддерживает запуск на многоядерных компьютерах, а также на кластерной инфраструктуре.

Решение задач в облаке

Autodesk CFD позволяет выполнить процесс расчета не только на локальном компьютере, но и использовать облачные сервисы компании Autodesk. Когда расчетная модель готова, то при наличии действующей учетной Autodesk ID и наличии специальных облачных кредитов (Autodesk Cloud Credits), модель может быть отправлена в облако, где будет произведен расчет. Результаты расчета будут загружены на компьютер пользователя автоматически по окончании.

При решении задач в облаке, ресурсы локального компьютера остаются свободными, и пользователь может выполнять другую работу.

Моделирование свободной поверхности

Существует целый ряд задач при моделировании движения несмешиваемых сред, результаты которых невозможно предсказать без численного моделирования, а аналитическое решение не применимо вовсе. Например, весьма затратным и сложным будет проведение натурного эксперимента по прорыву плотины или наполнению шахты водой, разливу масла из танкера. Такие задачи встречаются также в судостроении, автомобилестроении, энергомашиностроении и других областях промышленного производства. Подобные задачи требуют совместного применения возможностей моделирования второго класса задач, а именно взаимодействия потока и твердого тела, которое может менять свое положение.

Решатели Autodesk CFD Advanced и Autodesk CFD Motion поддерживают возможность моделирования свободного течения жидкостей для решения подобных задач методом VOF (Volume of Fluid – VOF). Это позволит избежать проведения сложного и дорогого натурного эксперимента.

Моделирование потоков с движущимися твердыми телами

Решатель Autodesk CFD Motion включает в себя возможность моделирования взаимодействия потока жидкости или газа с телом, находящимся внутри этого потока, которое не закреплено или движется по заданному закону. Поддерживаются различные виды движений:

• движение по заданному пользователем закону или приводимое в движение потоком;
• вращающиеся машины (турбомашиностроение);
• линейное движение;
• угловое движение;
• комбинированное движение: линейное и угловое;
• комбинированное движение: окружное и угловое;
• нутация;
• ротационные лопастные машины;
• свободное движение (6 степеней свободы).

Обширный инструментарий анализа результатов (постпроцессинг)

Autodesk CFD обладает широчайшими возможностями постпроцессорной обработки для анализа результатов расчета. Удобные средства визуализации и представления данных позволяют всесторонне проводить анализ полученных результатов.

Плоскости сечений

Для анализа результатов в определенной плоскости, пользователь может создать одно или несколько сечений для которых можно настроить желаемое отображение результатов величин в виде распределения цветных полей исследуемых параметров или векторов. Настраиваемое цветовое поле позволяет отобразить такие параметры как давление, температура, векторы скорости или его проекций на координатные оси, величину теплового потока, плотность и другие характеристики.

Линии тока

В реальных испытаниях, например, в условиях аэродинамической трубы, визуализацию направления течений потока, проводят, как правило, с помощью шерстяных нитей (шелковинок) или цветного дыма. В среде компьютерного анализа Autodesk CFD отображение направления потока может быть визуализировано непосредственно в виде гибко настраиваемых векторов.

Графики величин

Помимо цветового и векторного отображения характеристик потока Autodesk CFD позволяет построить график измеряемой величины в конкретных точках плоскости сечения. При этом для нестационарных задач Autodesk CFD позволяет построить график анализируемой величины в течение анализируемого промежутка времени.

Параметры потока в конкретном сечении

В случае если в плоскости сечения оказываются замкнутые контуры с потоками, то Autodesk CFD позволит автоматически определить все параметры потока через все обнаруженные сечения с использованием инструмента Bulk Results.

Визуализация движения частиц в потоке, трассировка частиц

Для наглядного наблюдения за траекториями движения частиц потока в конкретных точках Autodesk CFD предоставляет специальные инструменты. Траектории движения частиц могут быть представлены в виде выделяемых цветом линий в пространстве, а также частиц потока. Движущимся частицам может быть также назначена определенная масса и учтено влияние гравитации. Указанные инструменты являются очень мощными средствами для визуализации потока и позволяют проанализировать дополнительные характеристики потока удобным для восприятия способом.

Изоповерхности

Изоповерхности представляет собой поверхности постоянного значения и являются трехмерным инструментом визуализации, показывающим значение, а также физическую форму характеристик потока. Форма изоповерхности визуализирует все точки в модели, которые имеют определенную величину исследуемого параметра. При этом цвет указывает на конкретное значение данной величины.



Изоповерхности полезны при визуализации распределения скоростей в сложных потоках, а также температурных полей и фронта давления. Данный инструмент может быть также использован для определения местоположения максимальных и минимальных значений исследуемых величин.

Воздействие потока на твердые поверхности

Autodesk CFD позволяет анализировать силы, вызванные потоком, создаваемые на твердых и стеновых поверхностях. Специальный инструмент Wall Calculator позволяет проводить подобный анализ, который бывает необходим в различных ситуациях:

• Оценка гидродинамической силы на внутренние компоненты клапанов для определения скорости пружины или привода.
• Расчет аэродинамических коэффициентов на аэродинамических поверхностях.

Кроме этого, данный инструмент позволяет рассчитывать:

• температуру стенки;
• распределение давления;
• тепловой поток;
• пленочный коэффициент теплопередачи;
• крутящий момент вокруг оси и центра силы.

Использование этого инструмента бывает полезным, например, при моделировании теплового режима электронных устройств или работы систем вентиляции и кондиционирования помещений.

Центр принятия решений

Выполнение первого расчета является первым шагом в процессе моделирования. Во многих случаях требуется исследовать различные проектные альтернативные варианты, а затем сравнить полученные результаты, чтобы определить, какой вариант наиболее оптимален.

Существует 2 принципиальных способа выполнить данное сравнение:

• Сравнить эффекты, вызванные изменением в оригинальной геометрии. Это предполагает изменение модели САПР и последующую работу по выполнению расчетов и анализу результатов.
• Использовать ту же геометрическую модель и сравнить эффекты, вызванные изменением параметров моделирования (например, граничные условия расчета или свойства материалов) на результаты расчетов.

Autodesk CFD предоставляет мощный набор инструментов для оперативного сравнения результатов расчетов различных проектных исполнений и вариантов. Центр принятия решений является простой, но мощной средой для выполнения данной задачи. С его помощью можно идентифицировать проектное исполнение, которое будет удовлетворять набору необходимых критериев. Центр принятия решений позволяет:

• извлекать конкретные значения результатов расчетов;
• сравнивать результаты нескольких сценариев.

Результаты по конкретным частям модели, результаты по плоскостям, результаты в точках, а также графики образуют основу Центра принятия решений. Создайте объект по одному сценарию, обозначьте его как «Результат проекта», и Центр принятия решений вычислит результаты по каждому сценарию в исследовании автоматически.

Генератор отчетов

Autodesk CFD обладает гибким настраиваемым генератором отчетов. Пользователь может указать какие варианты исполнений и их режимы работы, из имеющихся в файле проекта, включать в генерируемый отчет.

Отчет может включать информацию как о результатах решения, так и об используемых в моделях материалах, приложенных граничных условиях, параметрах сеточного генератора. Также он может содержать конкретные настройки решателя и график сходимости решения.

Автоматизация расчетов с использованием API

Autodesk CFD имеет встроенную поддержку программного интерфейса API (Application Programming Interface), который дает возможность работать с функционалом программы без использования пользовательского интерфейса пользователя. Вот для решения каких задач может быть полезным использование API-интерфейса:

• автоматизировать повторяющиеся рутинные задачи;
• автоматизировать любую пользовательскую задачу в любой последовательности и объеме;
• автоматизировать любую задачу вывода данных в специальном виде (ранжирование, дополнительные вычисления, функции, подключение сторонних БД и источников, вывод данных в любую ИС и т.д.);
• автоматизировать специальный формат и вид вывода результатов расчетов (Word, Excel, специальные форматы и интерфейсы).

Программный интерфейс Autodesk CFD поддерживает:

• Python API 2.7. Позволяет автоматизировать большинство задач препроцессинга и постпроцессинга.
• QTScript API (Javascript). Позволяет автоматизировать большинство задач препроцессинга и некоторые задачи постпроцессинга.

Развитый справочник пользователя

Современные версии Autodesk CFD содержат руководство пользователя, вобравшее в себя все лучшее за годы развития продукта. Помимо основных справочных функций, описания интерфейса пользователя и порядка работы в программе, руководство содержит теоретические основы гидрогазодинамических расчетов, а также обучающие примеры, которые помогут пользователю быстрее освоить новый продукт. Многие статьи руководства пользователя снабжены видеороликами и файлами данных моделей.

Руководство пользователя Autodesk CFD содержит специальный раздел, в котором даны рекомендации по наилучшим практикам решения конкретных классов задач. Он содержит упражнения для самостоятельного обучения с рекомендациями технических специалистов по наилучшим настройкам и подготовке расчетных моделей.

Отличный инструмент поиска позволяет искать информацию в справочной системе по продукту, общей базе знаний Autodesk, а также специальных тематических форумах пользователей. Кроме этого, часть руководства Autodesk CFD локализована для русскоговорящих пользователей.

Autodesk CFD в электронике и приборостроении

Электронные приборы и компоненты постоянно меняются и усложняются, при этом каждый раз необходимо обеспечивать требуемый уровень охлаждения как всей системы, так и отдельных компонентов. Устройство современных электронных приборов является комплексной и сложной задачей для инженеров, так как необходимо всегда понимать в каких условиях будет функционировать устройство и учитывать это при принятии проектных решений.

Autodesk CFD обладает специальными возможностями, предназначенными для упрощения моделирования теплового режима работы электронных устройств. Для этого в программе содержатся специальные модели материалов для всестороннего анализа теплового режима работы приборов и электронных систем:

• модели печатных плат PCB, включая многослойные MPCB;
• компоненты активного и пассивного охлаждения (вентиляторы, радиаторы);
• активные тепловыделяющие компоненты (микросхемы стандартных размеров, конденсаторы, светодиоды, транзисторы);
• модели пористой среды (фильтры, сетки, перегородки и другое).

Autodesk CFD предоставляет инженерам возможность увидеть скрытые от их глаз параметры работы разрабатываемых изделий. Используя эти возможности в задачах обеспечения правильного теплового режима работы приборов, вы можете получить удивительные результаты. Благодаря способности визуализировать и анализировать потоки воздуха и тепловые условия работы, проектировщик способен оптимизировать конструкцию на самом раннем этапе проекта.

Autodesk CFD в производстве турбин, арматуры и компонентов трубопроводов
Производительность таких продуктов как насосы, клапаны, форсунки и других компонентов гидравлических систем целиком зависит от эффективного взаимодействия деталей данных устройств с потоками жидкостей. Типовыми вопросами при проектировании гидравлического оборудования, в т.ч. работающего под высоким давлением (арматура, дроссели, клапаны и др.), являются следующие:

• оптимизация проточной части арматуры;
• прогнозирование и предотвращение кавитации;
• увеличение пропускной гидравлической способности Кv;
• снижение потерь давления;
• оптимизация динамических характеристик;
• расчёт сил и давлений на компоненты оборудования.

Оборудование, в котором есть вращающиеся детали, является особенным классом CFD-расчетов.

Типовые инженерные задачи, которые могут быть выполнены в этой области:

• расчёты рабочих характеристик (напор, расход, КПД);
• оптимизация проточной части и рабочих колес и геометрии движущихся частей;
• повышение износостойкости конструкции;
• минимизация вибрации;
• расчеты крутящего момента.

Autodesk CFD в строительстве и архитектуре

Технология информационного моделирования BIM уже несколько лет поднимает стандарты качества в отечественной строительной отрасли – выполнено огромное количество проектов, получен неоценимый опыт. С другой стороны, очевидно, что чем глубже BIM проникает в работу архитекторов и строителей, тем сложнее становятся объекты проектирования, и быстрее выполняются проектные работы. При этом с ростом сложности, должны расти требования к безопасности возводимых зданий и сооружений.

Современные компьютерные технологии и возможности CFD-расчетов становятся незаменимым инструментарием проектных организаций. Численное моделирование и возможности поиска «слабых» мест объектов проектирования является необходимым условием гарантированной надежности проектируемых конструкций:

• анализ ветровых нагрузок и внешнего обтекания;
• энергоаудит;
• пожаробезопасность, анализ распространение дыма и продуктов горения;
• расчет инженерных систем, вентиляции, кондиционирования, отопления, анализ теплового комфорта;
• оценка эффектов от внедрения технологий энергосбережения и экологичности.

Использование CFD-моделирования во многих случаях является необходимым условием полноценного внедрения BIM-технологий. На сегодняшний день ни одна расчетная методика не в состоянии представить полную картину по течению потоков снаружи и внутри проектируемых объектов.

Внедрение практики CFD-расчетов в процесс BIM-проектирования позволит повысить уровень безопасности, снизить количество слабых мест с точки зрения надежности и эксплуатационных расходов.