EFD-培訓(xùn)1ppt課件

1、Lecture 1IntroductionFlomerics中國代表處 李中云1What is EFD?Engineering Fluid Dynamics (EFD)工程流體動力學(xué)高級而又靈敏易用的流體流動與換熱分析軟件.2EFD product line3EFD.Lab: 通用的流動與換熱動分析軟件EFD.Pro: 完選集成于 Pro/ENGINEER中的EFD.Lab版本EFD.V5:完選集成于CATIA V5中的EFD.Lab版本卻與傳統(tǒng) CFD不同!EFD軟件“講述工程師的言語，允許用戶關(guān)注于工程設(shè)計義務(wù)。NIKA的EFD替用戶封裝了復(fù)雜的數(shù)學(xué)/數(shù)值算法以及流體動力學(xué)方程.專業(yè)的分析

2、專家，在此并非必要!4EFD.Lab采用有限體積方法求解控制方程 Finite Volume (FV) Method，網(wǎng)格在一空間立方體區(qū)域內(nèi)采用笛卡爾坐標(biāo)進(jìn)展離散。5Analysis TypeInternal flows為內(nèi)流分析，比如管內(nèi)流動，容器內(nèi)流動，建筑物內(nèi)流動等.External flows 為外流分析，如繞飛機，繞汽車，繞建筑物流動等.6Analysis Type OptionsExclude internal spaces. 對于分析中有內(nèi)部封鎖區(qū)域的時候運用該選項的話將意味著您對此封鎖區(qū)域?qū)⒆雠懦诜治鎏幹谩?Exclude cavities without flow con

3、ditions.該選項運用于內(nèi)流分析或者是外流分析。該選項對于封鎖的內(nèi)部空間且曲面上不帶有邊境條件或者是風(fēng)扇的情況下是很有用的。假設(shè)您選擇上面兩個中恣意一個選項，那么EFD將用 solid充溢空間.7Heat Conduction in Solids導(dǎo)熱資料 初始溫度8Surface-to-surface Radiation求解包括固體間換熱的情況。固體溫度很高且/或氣體稀疏。與對流換熱相比，固體外表之間的輻射換熱更為顯著。910Satellite exposure to sun radiationReShadowSun raysRoSatellite衛(wèi)星模型TrajectoryRe= 630

4、0 kmRo=48000 km熱源 1.5 kW衛(wèi)星資料 Aluminum發(fā)射系數(shù) = 0.7Time - Dependent Analysis穩(wěn)態(tài)分析 非穩(wěn)態(tài)分析 (瞬態(tài),或者與時間相關(guān))11初始條件必需準(zhǔn)確.Fluid Type and Compressibility氣體 / 液體牛頓 /非牛頓流體緊縮與不可緊縮流體蒸氣1213可緊縮流體 = (T, P)對數(shù)律:指數(shù)律:理想氣體 M, = (T), = (T), Cp= Cp(T)不可緊縮流體 = (T, y), = (T), = (T), = (T), Cp= Cp(T)非牛頓流體可以計算非彈性非牛頓流體的層流.The Herschel

5、-Bulkley modelThe power-law modelThe Carreau model14緊縮流動假設(shè)流體密度與壓力相關(guān)，那么密度的變化是比較重要的，那么流動被視為可緊縮的。氣體普通是可緊縮的。液體可以緊縮性的或者是不可緊縮的。15湍流湍流普通在整個流場或者是近壁邊境層上存在。假設(shè)他沒有指定層流或者是湍流，流動能夠是層流、湍流或者是過渡層 (取決于流動特征)。16重力影響包括對于自然對流問題時的重力影響。17TVXVY多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)流動阻力：其中 P- 流體壓力, - 流體密度, V- 流體速度多孔介質(zhì)在EFD中被處置為分布式壓阻。18多孔介質(zhì)19四個多孔介質(zhì)浸透性類別： 各向

6、同性 單向性 軸對稱性 各向異性Efd允許指定k ：運用如下公式: k = P S/(m L), 其中 S-面積, L-長度, m 質(zhì)量流量 k = (AV+B)/, 其中 A, B 指定常數(shù) k = /(D2), 其中 D- 參考小孔尺寸, - 動力黏度 k = /(D2)f(Re)水蒸汽冷凝氣體包含水蒸汽預(yù)測與流體部分溫度與壓力相關(guān)。2021PTGL飽和曲線Tmin=283 KPmax=10 MPa汽化對于許多工程設(shè)備來說一個通常遇到的問題是主要工質(zhì)是流體形狀。22 流體部分壓力能夠低于蒸汽壓力。 由于強熱的影響部分水沸騰23PTGLSaturation curveTmin=277.15

7、KThe homogeneous equilibrium cavitationPmax=107 PaTmax=583.15 K相對濕度相對濕度定義為當(dāng)前壓力和溫度下水蒸汽密度與飽和蒸汽密度之比：=H2O/ H2O_s 100%, H2O_s 在指定溫度和壓力下的飽和水蒸汽密度2425壓音速超音速超高音速高馬赫數(shù)與超高馬赫數(shù)26汽車航空電子機械食物石油天然氣能源制冷通風(fēng)與空調(diào)閥門與灌溉設(shè)備環(huán)境醫(yī)療 and many more!EFD in IndustryLecture 2 導(dǎo)游27Wizard and NavigatorWizard指援用戶step-by-step創(chuàng)建一個新的工程 。Navig

8、ator允許直接進(jìn)入 wizard中的對話框.2829Navigator面板包含下面的按鈕, 該按鈕可以直接進(jìn)入Wizard中的相關(guān)對話框:工程配置單位系統(tǒng)分析類型默許流體默許固體 (假設(shè)固體間導(dǎo)熱選項被開啟)壁面條件初始條件 (對外部分析而言就是初始與環(huán)境條件)結(jié)果與幾何“精度假設(shè)曾經(jīng)定義好了一切的數(shù)據(jù)，那么按Finish就可以創(chuàng)建工程了.30Begin with Wizard流動分析, 工程, 導(dǎo)游Step 1: 工程配置 31Step1: Project Configuration32Create new：假設(shè)他想拷貝當(dāng)前配置，并且添加一個新的工程于它.輸入一個新的 Configurat

9、ion name.Use current：假設(shè)他想用目前的配置添加一新的 EFD工程. 假設(shè)當(dāng)前配置曾經(jīng)包含了一個工程，那么該工程會被取代，并且原先里面的一切數(shù)據(jù)會喪失。添加Comments 到工程中： 工程創(chuàng)建完后，也可以修正comments，只需點擊 Flow Analysis, Project, Edit Comment.33Step2: 單位系統(tǒng)34單位系統(tǒng)CGS 厘米-克-秒FPS 英尺-磅-秒IPS 英寸-磅-秒NMM 牛頓-毫米-千克-秒SI 國際單位: 牛頓 米 千克 秒USA 英尺-磅-秒(壓力 psi, 體積流量 CFM)35在運轉(zhuǎn)Wizard前, 他可以檢查Units數(shù)據(jù)

10、庫，如有必要可以在定義本人需求的單位系統(tǒng)：點擊 Flow Analysis Tools Engineering Database Units.在完成Wizard后,他可以調(diào)整工程的單位系統(tǒng) ：點擊 Flow Analysis, Units.36Step3: Analysis Type37Analysis typeInternal flow：固體封鎖構(gòu)成流動空間 e.g., 管內(nèi)流, 容器內(nèi)部流, 制冷空調(diào)通風(fēng), etc.External flow：未封鎖區(qū)域的流動. 這種情況下流動包圍一切的固體模型： e.g., 繞飛機流動, 汽車, 建筑物, etc. 假設(shè)想分析內(nèi)部和外部的流動，那么普通他

11、需求定義External外部流動：e.g. 比如繞建筑的流動38思索腔體封鎖對于有一些模型內(nèi)部包含部分封鎖空間，但是不想讓其參與計算的話，他可以采用兩種方式減少仿真的時間:Exclude internal spaces：允許他做External 分析的時候不思索內(nèi)部封鎖的空間.Exclude cavities without flow conditions：對于 Internal和 External的分析，選擇這項的話,對于封鎖區(qū)域上沒有 Boundary Conditions、區(qū)域外表上也沒有Fans 的話，該封鎖空間就不會被思索.39物理特性固體導(dǎo)熱40輻射41與時間相關(guān)重力42旋轉(zhuǎn)43S

12、tep4A: 默許流體資料44Step4B: 默許固體資料45Step5: 默許壁面條件46默許壁面熱條件Adiabatic wall ：絕熱壁面Heat transfer rate：熱傳輸率Heat flux：熱流量Wall temperature：壁面溫度47Step6: 初始與環(huán)境條件4849對于 External分析在參數(shù)定義Parameter Definition可以手工設(shè)置初始環(huán)境條件，或者是采用其他工程的結(jié)果作為當(dāng)前工程的初始環(huán)境條件:選擇 User Defined：手動設(shè)置 選擇 Transferred ：采用其他計算的結(jié)果50Step7: 結(jié)果與幾何構(gòu)造分辨率51結(jié)果分辨率定

13、義: Level of initial mesh ：初始網(wǎng)格等級 在 Initial Mesh Settings 對話框中設(shè)置. 僅控制初始網(wǎng)格. Results resolution level：結(jié)果分辨率等級 在 Calculation Control Options對話框中設(shè)置控制計算時對計算網(wǎng)格的 refinement 和計算終了條件。 52運用滑條, 他可以選擇八個等級之中的任何一個The first level ：能最快給出結(jié)果，但是精度不高. The eighth level：能給出最準(zhǔn)確的結(jié)果，但是需求比較長的時間計算收斂.幾何分辨率Geometry Resolution選項：

14、 也可以影響初始網(wǎng)格?？梢栽?Initial Mesh對話框中修正, 或者在 Local Initial Mesh 對話框中修正部分幾何分辨率。 53Navigator面版54教程 球閥設(shè)計55Lecture 3 邊境條件& 初始條件56條件EFD中任何問題都必需設(shè)置合理邊境條件 boundary conditions 與初始條件 initial conditions 才干進(jìn)展求解。對于穩(wěn)態(tài)問題，初始條件影響收斂速度，邊境條件完全決議流動特征。對于瞬態(tài)問題I，流動特征與時間相關(guān)，初始條件和邊境條件都影響計算結(jié)果。57創(chuàng)建邊境條件在EFD特征工具條上點擊創(chuàng)建邊境條件按鈕Flow Analysis

15、, Insert, Boundary Condition.在 EFD分析樹下右鍵點擊Boundary Conditions圖標(biāo) 再選擇 Insert Boundary Condition58EFD.Lab中他還可以直接右鍵點擊直接選取模型上的面，再選擇Insert Boundary Condition來在選種的面上創(chuàng)建 邊境條件。在模型中可以直接看到曾經(jīng)定義好的邊境條件: 59彩色箭頭指出方向和邊境類型. 在EFD分析樹中右擊某個邊境條件項，再選擇Show 或者Hide 來顯示或者是封鎖箭頭。邊境條件類型Flow Openings：流動開口進(jìn)口或者是出口速度; 質(zhì)量流量; 體積流量Pressu

16、re Openings：壓力出口靜壓; 總壓; 環(huán)境壓力Walls：壁面實踐面; 理想面60Flow Openings ( )：流動開口Inlet/outlet：進(jìn)口與出口Mass Flow ：質(zhì)量流量Volume Flow：體積流量 Velocity：速度61Flow Parameters：流動參數(shù)Normal To Face：流動垂直于開口面Swirl ：允許指定關(guān)于某軸的旋轉(zhuǎn)流右手螺旋定律角速度和徑向速度3D Vector：X, Y, Z 速度分量62Inlet Profile：對于積分型進(jìn)口流動條件 ，如：質(zhì)量流量和體積流量, 他可以指定進(jìn)口速度分布 (e.g. 拋物線型分布).63P

17、ressure Openings ( )：壓力開口條件靜壓Static Pressure, 總壓Total Pressure 或者是環(huán)境壓力Environment Pressure 環(huán)境壓力Environment Pressure條件被EFD解釋為入流總壓和出流靜壓。溫度Temperature 64Walls ( ):壁面Ideal wall：理想壁面理想壁面允許他選擇面作為絕熱無摩擦壁面而不是默許流體摩擦。Real wall：實踐壁面可以指定粗糙度and/or 傳熱系數(shù) and/or 壁面溫度 65Walls ( ) :壁面Wall Temperature：壁面溫度指定的壁面溫度作為熱源He

18、at Transfer Coefficient：換熱系數(shù)Q = (Ts - Tf) S.Wall Roughness：壁面粗糙度66其他參數(shù)Humidity：濕度. 假設(shè)工程中氣體的相對濕度也計算了的話 (翻開濕度選項)Substance Concentrations：物質(zhì)濃度. 對于多種流體存在時，可以指定每個流體的相對質(zhì)量/體積濃度Turbulence Parameters：湍流參數(shù)Boundary Layer：邊境層.Turbulent or Laminar (默以為Turbulent).67初始條件假設(shè)他想快速求解Internal 流動問題, 那么簡單指定初始條件接近求解的解 (而不是

19、采用默許的值)。 假設(shè)想求解 External問題, 他指定初始條件作為初始與環(huán)境條件。68環(huán)境條件是不受干擾的外部獨立流動參數(shù).對于氣體:靜態(tài)壓力, 靜態(tài)溫度, 靜態(tài)密度 (其中任何兩項)速度 (或者馬赫數(shù))對于液體:靜態(tài)壓力, 溫度和速度對于固體:溫度69創(chuàng)建初始條件在EFD特征工具條上點擊 創(chuàng)建初始條件Flow Analysis, Insert, Initial Condition.在 EFD分析樹中右擊Initial Conditions圖標(biāo)，選擇 Insert Initial Condition70部分初始條件他可以對一個工程的internal流動區(qū)域內(nèi)單獨定義一個部分初始條件使之與

20、默許不同。封鎖流動區(qū)域在該區(qū)域封鎖面上選擇一個面disabled 部件備注：假設(shè)一個流體部件與固體區(qū)域重疊, EFD將以為重疊區(qū)域為固體71 What is Dependency?允許他以適當(dāng)?shù)姆绞街付〝?shù)據(jù)：常數(shù), 與 x, y, z, r, phi ( ), theta ( ) 坐標(biāo)與時間 t(僅對 瞬態(tài)分析有效) 相關(guān)的表格與公式. 72Dependency ( )Constant: 該值為常數(shù)，默許輸入為常數(shù).Table：允許他用表來定義與坐標(biāo)或者是時間相關(guān)的參數(shù).從 Excel, txt導(dǎo)入Ctrl+C 和 Ctrl+VPreview：預(yù)覽73Table中的參數(shù)值必需升續(xù)陳列Formu

21、la definition：公式定義 與 x, y, z, r, phi, theta坐標(biāo)和時間t (僅對 瞬態(tài)分析)相關(guān). log, sin, exp, cos和 tan函數(shù)里的參數(shù)必需用括號包進(jìn)去。 “ 符號是指冪. 如:指定 sin2x ： sin(x)2. 指定 sin x2 ： sin(x2).74Tutorial耦合換熱75Lecture 4 Goals and conditions76What are Goals?EFD包含停頓計算的內(nèi)嵌準(zhǔn)那么, 但是采用本人的準(zhǔn)那么是更好的： Goals目的. 在工程中，他指定Goals作為感興趣的物理參數(shù), 所以Goals的收斂，從工程的角度

22、上講可以以為是到達(dá)了穩(wěn)定的解.77How does it work?當(dāng)EFD分析goal的收斂性時，它會將goal的差量與收斂準(zhǔn)那么差量進(jìn)展比較：差量 指的是在分析interval中 goal 的最大最小值之差； 當(dāng)goal的差量 = goal收斂準(zhǔn)那么差量時，計算以為曾經(jīng)到達(dá)收斂。78創(chuàng)建 GoalsPoint Goal 在某點上計算物理參數(shù)Global Goal 在整個計算域內(nèi).Surface Goal 在模型某個面上.Volume Goal - 在計算域內(nèi)某個體上流體或者固體.79Equation Goal 一個方程 (根本數(shù)學(xué)方程). 以曾經(jīng)定義好的goals或者輸入數(shù)據(jù)特征 (整體的

23、初始或者環(huán)境條件, 邊境條件, 風(fēng)扇, 熱源, 部分初始條件, 等)作為變量。最小 (Min), 平均 (Av)最大 (Max) 質(zhì)量平均 (Bulk av.)80Av = Bulk av. =EFD分析樹中黃色-紅色圖標(biāo) 闡明該goals 對收斂性沒有任何影響。同樣這些 goals 在Goal Plot 和Goal Table 監(jiān)視對話框中也沒有進(jìn)度條。名字PG GG SGVGEquation Goal 81+ Heat Sources：熱源Surface Source ：面熱源Heat Transfer Rate, Heat Flux假設(shè)不思索固體內(nèi)熱傳導(dǎo)Heat Generation Rate, Surface Heat Generation Rate 假設(shè)思索固體內(nèi)熱傳導(dǎo)Volume Source ：體熱源TemperatureHeat Generation RateVolumetric Heat Generation Rate82正值代表生成熱，負(fù)值代表吸收熱對Volume Source 假設(shè)該部件處置為 solid, 那heat conduction in