midas nfx cfd中文版功能介紹土木版

1、2015簡介CFD目 錄土木行業(yè)為什么要做CFD分析？土木行業(yè)的CFD分析都做什么？土木行業(yè)的結(jié)構(gòu)安全問題？土木行業(yè)的舒適度問題？midas CFD的卓越特點？midas CFD與Flunt的對比案例midas CFD在其它行業(yè)的典型應(yīng)用案例midas CFD的未來發(fā)展愿景土木行業(yè)為什么要做CFD？安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進、確保質(zhì)量工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準3.1.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護應(yīng)使結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)以適當?shù)目煽慷惹医?jīng)濟的方式滿足規(guī)定的各項功能要求3.1.2 結(jié)構(gòu)功能要求：承載性能、使用性能、耐久性能、耐火性能、穩(wěn)固性能不做CFD行不行？馬斯洛五層次需求理論結(jié)構(gòu)安全問題

2、解決了嗎？當安全可靠已經(jīng)不是設(shè)計的主要難點時我們會追求什么？安全舒適競爭力土木行業(yè)CFD分析的目的？土木行業(yè)的CFD分析都做什么？主要解決荷載的不確定性問題結(jié)構(gòu)安全問題主要解決人的感覺問題眼：光環(huán)境耳：聲環(huán)境鼻：空氣環(huán)境身體：風環(huán)境、溫度環(huán)境、振動環(huán)境舒適度問題土木行業(yè)的結(jié)構(gòu)安全問題土木領(lǐng)域科威特奧林匹克體育場流體分析 分析目的 計算奧林匹克體育場風壓值 獲得空氣流動狀態(tài)可視化結(jié)果表面壓力分布風壓預(yù)測值流動狀態(tài)可視化結(jié)果流速分布膜結(jié)構(gòu)風荷載分析 分析目的 確認風荷載壓力分布 分析各區(qū)域的各風荷載方向的荷載氣流分布膜底壓力分布膜頂壓力分布超高層建筑的風荷載分析 分析目的 確認風荷載壓力分布 分析

3、建筑物之間的風干涉影響垂直軸風力發(fā)電機流動分析 分析目的 計算不同風速條件下風力發(fā)電機所受的扭矩和旋轉(zhuǎn)次數(shù)旋轉(zhuǎn)方向風旋轉(zhuǎn)翼上的壓力分布土木行業(yè)的舒適度問題隧道火災(zāi)煙霧擴散控制風速分析 分析目的 計算可以防止滯留現(xiàn)象的臨界風速 以大型公交車火災(zāi)(20MW)為基準進行分析各斷面溫度分布各斷面速度分布20MW2.5m/s火災(zāi)煙霧擴散機房空調(diào)系統(tǒng)熱流分析 分析目的 空調(diào)性能分析 確定室內(nèi)高溫區(qū)域和空氣滯留區(qū)域空調(diào)氣流外部流入氣流室內(nèi)、室外風環(huán)境評價室內(nèi)污染物的濃度分布評估室內(nèi)通風系統(tǒng)分析火災(zāi)狀況下，燃燒產(chǎn)物的擴散趨勢分析橫截面物質(zhì)的濃度云圖室外污染物擴散評價優(yōu)化煙囪布局，降低二氧化碳排放量煤棚天窗通風

4、效率驗算 分析目的 確定天窗最佳形狀 確認天窗形狀對內(nèi)部空氣流速和溫度的影響推薦天窗方案的流速分布推薦天窗方案的溫度分布midas CFD的卓越特點前后處理功能01布爾操作及模型簡化模型簡化布爾操作1導(dǎo)入 CAD 模型2通過布爾操作生成流體區(qū)域3生成分析對象便于研究的直觀界面以及需要刪除對象（孔/圓角）的自動識別按照尺寸進行分色顯示多種形狀或部件的清除處理（自動/一般）孔邊的倒角微小的表面凹陷部分前后處理功能02材料屬性數(shù)據(jù)庫通過拖拽為部件分配材料通過設(shè)置默認材料，當開始一個新的工作項目時可以將默認材料自動分配給模型數(shù)據(jù)庫 能夠為材料屬性定制需要的值前后處理功能03優(yōu)化的并行網(wǎng)格劃分借助多核處

5、理器可以并行劃分網(wǎng)格的過程在1分鐘內(nèi)生成640,000單元噴液裝置單元：640,000節(jié)點：1,060,000簡潔友好的界面 通過CPU并行計算能夠快速生成適應(yīng)幾何模型的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)格減少30%的網(wǎng)格劃分時間減少50%的網(wǎng)格劃分時間1 Core2 Cores4 Cores前后處理功能04網(wǎng)格質(zhì)量檢查和重劃分利用網(wǎng)格質(zhì)量檢查功能對網(wǎng)格歪斜度進行評估歪斜角度 40利用界限設(shè)置將質(zhì)量較差的網(wǎng)格自動分離歪斜角度30選擇不精確單元自動輸出不精確單元12自動修正不精確單元(2D 網(wǎng)格)3前后處理功能05間接流固耦合CFD分析的計算結(jié)果液壓力可以自動地添加到結(jié)構(gòu)分析荷載中位移結(jié)果應(yīng)力結(jié)果流速結(jié)果流體區(qū)域網(wǎng)格劃分荷

6、載添加結(jié)構(gòu)CAD網(wǎng)格劃分移動網(wǎng)格功能06程序可靠性07程序得到KSME(韓國機械工程師協(xié)會)和UNESCO數(shù)值研究學院CIMNAE的認證論文索引: A new unstructured mesh finite element method for the analysis of free surface flow problems, Julio Garcia-Espinosa, INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING, 2008Flow Behind a Circular Cylinder, an internal

7、report the University of Parma, Italy自由水面功能項目應(yīng)用08利用CFD分析手段檢測泵集水系統(tǒng)中的旋渦08自由水面功能項目應(yīng)用利用CFD分析手段檢測泵集水系統(tǒng)中的旋渦midas CFD與Fluent對比案例1：管道流熱耦合模型精度對比1. 分析模型管道內(nèi)流體加熱長5.76 m, 表面溫度300 K長2.88 m, 熱流邊界：37.5 W/m2入口：軸向速度0.1 m/s管道對稱軸長8.64 m 半徑長0.06 m 壓力邊界：0 Pa2.結(jié)果比較計算結(jié)果，最高溫度377K計算結(jié)果，最高溫度375 KNFX CFDFluent誤差：（0.5% 差別）midas

8、CFD與Fluent對比案例2：超高層建筑的數(shù)值風洞分析Part 1. 分析模型Part 2. 程序輸入條件Part 3. 分析結(jié)果超高層建筑的數(shù)值風洞分析Part 1. 分析模型分析模型 超高層建筑模型和流動分析區(qū)域24 Dy33 Dy2 H8 Dy25 Dy流動入口DxDyH實際尺寸 Dx 30.48m, Dy 45.72m, H 182.88m ，風洞實驗?zāi)Ｐ蜑?:400縮尺模型參考論文: Agerneh K. Dagnew et al.(2009) “Computational evaluation of wind pressures on tall buildings”Part 1.

9、 分析模型Part 2. 程序輸入條件Part 3. 分析結(jié)果超高層建筑的數(shù)值風洞分析Part 2. 程序輸入條件邊界條件作用流體: 常溫常壓空氣湍流模型: SST k- 模型入口: 輸入流速信息出口: 大氣壓側(cè)面頂面: 非粘性壁面底面建筑壁面: 粘性壁面Part 2. 程序輸入條件單元網(wǎng)格6,366,433 個四面體單元(1,081,971 個節(jié)點)Part 1. 分析模型Part 2. 程序輸入條件Part 3. 分析結(jié)果超高層建筑的數(shù)值風洞分析Part 3. 分析結(jié)果流線視頻Part 3. 分析結(jié)果建筑表面壓力Part 3. 分析結(jié)果中央剖面上壓力分布Part 3. 分析結(jié)果中央剖面上速

10、度分布Part 3. 分析結(jié)果2/3H 高度位置上的壓力分布Part 3. 分析結(jié)果2/3H 高度位置上的速度分布Part 3. 分析結(jié)果結(jié)果比較建筑迎風面的壓力分布(11.5)與實驗結(jié)果以及Fluent結(jié)果形狀接近、結(jié)果相近。建筑側(cè)面及背風面壓力分布(1.55)與實驗結(jié)果雖然數(shù)值上有些差異，但趨勢接近。與Fluent相比，NFX各區(qū)域的壓力分布的形狀和數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果更接近。在其它行業(yè)典型應(yīng)用案例化工行業(yè)多孔介質(zhì)(Porous Media)VinPn數(shù)值模型流速(m/s)壓力損失(Pa)管殼式換熱器的熱流分析 分析目的 確認內(nèi)部流動情況 換熱器性能預(yù)估蒸汽消耗量720kg/hr熱水消耗量6

11、60kg/hr管殼式換熱器的熱流分析分析結(jié)果溫度分布流線分布 上部派出高溫蒸汽閥門系統(tǒng)開度性能評價 分析目的 開度對壓力損失的影響分析 使用流動分析結(jié)果驗算結(jié)構(gòu)安全性壓差分析結(jié)構(gòu)安全性驗算位移應(yīng)力流體流動和渦量評估過濾器流動分析 分析目的 確認各種速度下微孔篩網(wǎng)和多孔板的壓力損失設(shè)置多孔介質(zhì)模型系數(shù)入口條件出口條件多孔過濾器流動分析分析結(jié)果壓力分布流量(m3/hr)壓差(Pa)速度分布流線分布燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐(HRSG)熱流分析 分析目的 確認流動均勻性 設(shè)置Distribution grid必要性評估 確認HRSG內(nèi)部和排出氣體的溫度分布中央斷面溫度分布SuperHeaterEVA

12、ECO各斷面速度分布液化天然氣(LNG)輸送艙晃動分析艙內(nèi)的水面晃動 分析目的 搖晃船體上的LNG輸送艙內(nèi)部LNG水面狀態(tài)分析旋轉(zhuǎn)機械旋轉(zhuǎn)體分析技術(shù)移動網(wǎng)格技術(shù)將單元網(wǎng)格(包含旋轉(zhuǎn)翼)旋轉(zhuǎn)進行分析MRF技術(shù)使用相對速度概念，單元網(wǎng)格在無變形情況下象翅膀一樣進行旋轉(zhuǎn)干手器流動分析 分析目的 確認出口流速分布 管徑擴展區(qū)域壓力損失分析壓力分布速度分布流線分布車輛鼓風機流動分析 分析目的 車輛鼓風機性能評估 確認油路設(shè)計的壓力損失流速分布確認再循環(huán)區(qū)域出口入口壁面使用壁面法則攪拌機流動分析 分析目的 確認攪拌機的混合性能 確定擋板的位置和大小的影響形狀及條件w = 250rpm非粘性擋板速度分布速度

13、向量電子領(lǐng)域結(jié)構(gòu)分析和流體分析的優(yōu)缺點(對流)區(qū)分優(yōu)點缺點結(jié)構(gòu)分析不用模擬空氣分析時間短需要考慮周邊環(huán)境流動條件時，結(jié)構(gòu)分析結(jié)果不準確流體分析不必輸入對流系數(shù)可以獲得準確的溫度分布需要模擬空氣分析時間較長氣流方向結(jié)構(gòu)分析流動分析距離熱源不同位置的溫度分布考慮空氣溫度的影響，下部溫度低、上部溫度高結(jié)構(gòu)分析和流體分析的優(yōu)缺點(對流)LED 照明放熱分析 分析目的 自然對流下冷卻性能分析 LED晶片排熱和熱沉(Heat Sink)形狀變更引起的溫度分布速度分布溫度分布表面溫度變頻器強制對流分析 分析目的 包含發(fā)熱部件的變頻器內(nèi)部放熱分析流線分布部件溫度風扇發(fā)熱源進氣口排氣口通訊設(shè)施內(nèi)部熱流動分析 分

14、析目的 自然對流下冷卻性能分析 驗算LED晶片排熱和熱沉形狀C1 C2 C3 C4不同風扇位置影響流量不均勻C1C2C3C4顯卡熱流動分析 分析目的 風扇冷卻性能分析 正常狀態(tài)下晶片最大溫度驗算輸入風扇性能曲線溫度分布配電盤溫度分析 分析目的 確認隨時間變化的溫度(焦耳熱) 確認內(nèi)部流動情況速度向量溫度分布半導(dǎo)體/顯示器領(lǐng)域 輻射(Radiation) 熱以電磁波形式傳播或物體通過放射電磁波傳遞熱輻射(Radiation)分析空腔輻射離散坐標(DO)輻射模型輻射(Radiation)分析未使用輻射模型時使用輻射模型時只發(fā)生傳到和對流引起的熱傳遞，高溫區(qū)域集中發(fā)生在上部使用輻射模型時，熱傳遞將更

15、均勻更快速重力方向晶圓清洗分析 分析目的 噴嘴噴射時藥液的狀態(tài)分析分析條件5sec0.2sec0.5sec1sec玻璃熱傳遞分析 分析目的 輻射和水冷管影響分析 驗算玻璃各位置溫度輻射引起的熱傳遞Glass正面溫度分布Glass背面溫度分布冷卻水速度分布FOUP內(nèi)部氮氣填充分析 分析目的 氮氣填充速度方案比較原方案 : 供氣方式 在縫隙位置發(fā)生局部泄漏 (縫隙 : 泄漏 O, 流入 X)改善方案 : 供氣/排氣方式20 lpm20 lpm20 lpm8 lpm 縫隙位置不發(fā)生泄漏縫隙FOUP內(nèi)部氮氣填充分析原方案 改善方案沒有泄露，因此填充速度更快改善方案縫隙涂層(Slot Coating)分

16、析 分析目的 涂層方向涂層均勻性分析 考慮表面張力、接觸角涂液涂層進行方向潔凈室內(nèi)部流動分析 分析目的 潔凈室內(nèi)部運輸機器人移動對流動的擾亂分析下部多孔板上部風機過濾機組(FFU)機器人移動潔凈室內(nèi)部模型中部斷面速度云圖中部斷面速度向量90度旋轉(zhuǎn)180度旋轉(zhuǎn)180度旋轉(zhuǎn) + 直線移動電子發(fā)熱分析(Joule Heating) 分析目的 計算電流通過具有電阻的導(dǎo)體時的發(fā)熱現(xiàn)象金屬板卡盤晶片導(dǎo)線第一層保護層第二層保護層電流(電壓)接地銅絲鎳鉻電熱絲(發(fā)熱源)midas CFD未來發(fā)展愿景CFD功能未來發(fā)展01 土木工程專用 (橋梁/風環(huán)境/沖刷)流固耦合作用巖土工程專用End of 2015201

17、5CFD求解器的發(fā)展CFD功能未來發(fā)展02GPU加速高性能計算CFD未來功能發(fā)展03基于GPU計算的實時仿真2015實時仿真(3D隱式有限元方法)3D 有限元非線性動力學分析網(wǎng)格 (125,127單元, 28,796節(jié)點)2D 有限元分析實時運算并且能與用戶互動CFD功能未來發(fā)展04CFD分析未來展望加速時間仿真在事件結(jié)束前對其進行分析并采取措施數(shù)據(jù)驅(qū)動仿真自動吸收實際數(shù)據(jù)并基于這些數(shù)據(jù)即時修改分析結(jié)果CFD功能未來發(fā)展04加速時間仿真有限體積法流體分析 (11.98 X 8.28 km)實際流動時間(23 hrs) 數(shù)值模擬時間(14 hrs)即時預(yù)測災(zāi)難以提前采取措施 超級性能計算 多領(lǐng)域核心科技CFD功能未來發(fā)展04數(shù)據(jù)驅(qū)