Lecture1 Introduction
Lecture2 向?qū)?------------------Tutorial:球閥設(shè)計(jì)
Lecture3 邊界條件& 初始條件-----Tutorial:耦合換熱
Lecture4 Goals and conditions---Tutorial:多孔介質(zhì)
Lecture5 Working with projects---Tutorial:Hydraulic Loss
Lecture6 計(jì)算域與求解------------Tutorial:Cylinder Drag Coefficient
Lecture7 獲取結(jié)果----------------Tutorial:Heat Exchanger Efficiency
Lecture8 Mesh:網(wǎng)格---------------Tutorial:Mesh Optimization
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Lecture 1
Introduction
Flomerics中國(guó)代表處李中云
熱設(shè)計(jì)網(wǎng)http://www.0532yewu.com
What is EFD?
Engineering Fluid Dynamics (EFD)
工程流體動(dòng)力學(xué)
高級(jí)而又靈活易用的流體流動(dòng)與換
熱分析軟件.
EFD product line
EFD.Lab: 通用的流動(dòng)與換熱動(dòng)分析軟件
EFD.Pro: 完全集成于Pro/ENGINEER中的
EFD.Lab版本
EFD.V5:完全集成于CATIA V5中的
EFD.Lab版本
卻與傳統(tǒng)CFD不同!
EFD軟件“講述”工程師的語(yǔ)言，允許用戶(hù)關(guān)注于工程設(shè)計(jì)任務(wù)。
NIKA的EFD替用戶(hù)封裝了復(fù)雜的數(shù)學(xué)/數(shù)值算法以及流體動(dòng)力學(xué)方程.
專(zhuān)業(yè)的分析專(zhuān)家，在此并非必要!
EFD.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)行離散。
Analysis Type
Internal flows為內(nèi)流分析，比如管內(nèi)流動(dòng)，容器內(nèi)流動(dòng)
，建筑物內(nèi)流動(dòng)等.
External flows 為外流分析
，如繞飛機(jī)，繞汽車(chē)，繞建筑物流動(dòng)等.
Analysis Type Options
Exclude internal spaces.
– 對(duì)于分析中有內(nèi)部封閉區(qū)域的時(shí)候使用該選項(xiàng)的話將意味著您對(duì)此封閉區(qū)域?qū)⒆雠懦诜治鎏幚怼?
Exclude cavities without flow conditions.
– 該選項(xiàng)應(yīng)用于內(nèi)流分析或者是外流分析。該選項(xiàng)對(duì)于封閉的內(nèi)部空間且曲面上不帶有邊界條件或者是風(fēng)扇的情況下是很有用的。
如果您選擇上面兩個(gè)中任意一個(gè)選項(xiàng)，那么EFD將用solid充滿(mǎn)空間.
Heat Conduction in Solids
導(dǎo)熱
材料
初始溫度
Surface-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(duì)流換熱相比，固體表面之間的輻射換熱更為顯著。
Satellite exposure to sun radiation
Time - Dependent Analysis
穩(wěn)態(tài)分析
非穩(wěn)態(tài)分析(瞬態(tài),或者與時(shí)間相關(guān))
–初始條件必須準(zhǔn)確.
Fluid Type and Compressibility
氣體/ 液體
牛頓/非牛頓流體
壓縮與不可壓縮流體
蒸氣
非牛頓流體
能夠計(jì)算非彈性非牛頓流體的層流.
– The Herschel-Bulkley model
– The power-law model
– The Carreau model
壓縮流動(dòng)
如果流體密度與壓力相關(guān)，那么密度的變化是比較重要的，則流動(dòng)被視為可壓縮的。
氣體一般是可壓縮的。
液體可以壓縮性的或者是不可壓縮的。
湍流
湍流一般在整個(gè)流場(chǎng)或者是近壁邊界層上存在。
如果你沒(méi)有指定層流或者是湍流，流動(dòng)可能是層流、湍流或者是過(guò)渡層(取決于流動(dòng)特征)。
重力影響
包括對(duì)于自然對(duì)流問(wèn)題時(shí)的重力影響。
多孔介質(zhì)
多孔介質(zhì)流動(dòng)阻力：
k = grad(P)/(ρ*V )
其中P- 流體壓力, ρ- 流體密度, V- 流體速度
多孔介質(zhì)在EFD中被處理為分布式壓阻。
四個(gè)多孔介質(zhì)滲透性類(lèi)別：
各向同性
單向性
軸對(duì)稱(chēng)性
各向異性
Efd允許指定k ：使用如下公式:
k = ΔP ·S/(m · L) , 其中S-面積, L-長(zhǎng)度, m – 質(zhì)量流量
k = (A·V+B)/ρ, 其中A, B – 指定常數(shù)
k = μ/(ρ·D2), 其中D- 參考小孔尺寸, μ- 動(dòng)力黏度
k = μ/(ρ·D2)·f(Re)
水蒸汽冷凝
氣體包含水蒸汽
預(yù)測(cè)與流體局部溫度與壓力相關(guān)。
汽化
對(duì)于許多工程設(shè)備來(lái)說(shuō)一個(gè)通常遇到的問(wèn)題是
主要工質(zhì)是流體狀態(tài)。
– 流體局部壓力可能低于蒸汽
壓力。
– 由于強(qiáng)熱的影響局部水沸騰
相對(duì)濕度
相對(duì)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：
=ρH2O/ ρH2O_s · 100%,
ρH2O_s – 在指定溫度和壓力下的飽和水蒸汽密度
高馬赫數(shù)與超高馬赫數(shù)
EFD in Industry
汽車(chē)
航空
電子
機(jī)械
食物
石油天然氣
能源
制冷通風(fēng)與空調(diào)
閥門(mén)與灌溉設(shè)備
環(huán)境
醫(yī)療
… and many more!
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Lecture 2 P27
向?qū)?br />
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Wizard and Navigator
Wizard指引用戶(hù)step-by-step創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目。
Navigator允許直接進(jìn)入wizard中的對(duì)話框.
Navigator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(duì)話框:
– 項(xiàng)目配置
– 單位系統(tǒng)
– 分析類(lèi)型
– 默認(rèn)流體
– 默認(rèn)固體(如果固體間導(dǎo)熱選項(xiàng)被開(kāi)啟)
– 壁面條件
– 初始條件(對(duì)外部分析而言就是初始與環(huán)境條件)
– 結(jié)果與幾何“精度”
如果已經(jīng)定義好了所有的數(shù)據(jù)，那么按Finish就可以創(chuàng)建項(xiàng)目了.
Begin with Wizard
流動(dòng)分析, 項(xiàng)目, 向?qū)?br />
– Step 1: 項(xiàng)目配置…
Step1: Project Configuration
Create new：如果你想拷貝當(dāng)前配置，并且添加一個(gè)新的項(xiàng)目于它.
– 輸入一個(gè)新的Configuration name.
Use current：如果你想用目前的配置添加一新的EFD項(xiàng)目.
– 如果當(dāng)前配置已經(jīng)包含了一個(gè)項(xiàng)目，那么該項(xiàng)目會(huì)被取代，并且原先里面的所有數(shù)據(jù)會(huì)丟失。
添加Comments 到項(xiàng)目中：
– 項(xiàng)目創(chuàng)建完后，也可以修改comments，只要點(diǎn)擊Flow Analysis, Project, Edit Comment.
單位系統(tǒng)
Step2: 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(guó)際單位: 牛頓– 米– 千克– 秒
USA –英尺-磅-秒(壓力–psi, 體積流量–CFM)
在運(yùn)行Wizard前, 你可以檢查Units數(shù)據(jù)庫(kù)，如有必要可以在定義自己需要的單位系統(tǒng)：點(diǎn)擊
– Flow Analysis → Tools → Engineering
Database → Units.
在完成Wizard后,你可以調(diào)整項(xiàng)目的單位系統(tǒng)：點(diǎn)擊Flow Analysis, Units.
Step3: Analysis Type
Internal flow：固體封閉形成流動(dòng)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：未封閉區(qū)域的流動(dòng). 這種情況下流動(dòng)包圍所有的固體模型：
– e.g., 繞飛機(jī)流動(dòng), 汽車(chē), 建筑物, etc.
如果想分析內(nèi)部和外部的流動(dòng)，那么一般你需要定義External外部流動(dòng)：
– e.g. 比如繞建筑的流動(dòng)
考慮腔體封閉
對(duì)于有一些模型內(nèi)部包含部分封閉空間，但是不想讓其參與計(jì)算的話，你可以采用兩種方式減少仿真的時(shí)間:
– Exclude internal spaces：允許你做External 分析的時(shí)候不考慮內(nèi)部封閉的空間.
– Exclude cavities without flow conditions：對(duì)于Internal和External的分析，選擇這項(xiàng)的話,對(duì)于封閉區(qū)域上沒(méi)有Boundary Conditions、區(qū)域表面上也沒(méi)有Fans 的話，該封閉空間就不會(huì)被考慮.
物理特性
固體導(dǎo)熱
輻射
與時(shí)間相關(guān)
重力
旋轉(zhuǎn)
Step4: 默認(rèn)流體材料
Step5: 默認(rèn)壁面條件
默認(rèn)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
Step6: 初始與環(huán)境條件
在參數(shù)定義（Parameter Definition）可以手工設(shè)置初始（環(huán)境）條件，或者是采用其他項(xiàng)目的結(jié)果作為當(dāng)前項(xiàng)目的初始（環(huán)境）條件:
– 選擇User Defined：手動(dòng)設(shè)置
– 選擇Transferred ：采用其他計(jì)算的結(jié)果
Step7: 結(jié)果與幾何結(jié)構(gòu)分辨率
結(jié)果分辨率定義:
– Level of initial mesh ：初始網(wǎng)格等級(jí)– 在Initial Mesh Settings 對(duì)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(jí)– 在Calculation Control Options對(duì)話框中設(shè)置– 控制計(jì)算時(shí)對(duì)計(jì)算網(wǎng)格的refinement 和計(jì)算結(jié)束條件
使用滑條, 你可以選擇八個(gè)等級(jí)之中的任何一個(gè)– 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，但是需要比較長(zhǎng)的時(shí)間計(jì)算收斂.
幾何分辨率（Geometry Resolution）選項(xiàng)： 也可以影響初始網(wǎng)格?？梢栽贗nitial Mesh對(duì)話框中修改, 或者在Local Initial Mesh 對(duì)話框中修改局部幾何分辨率。
使用滑條, 你可以選擇八個(gè)等級(jí)之中的任何一個(gè)
– 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，但是需要比較長(zhǎng)的時(shí)間計(jì)算收斂.
幾何分辨率（Geometry Resolution）選項(xiàng)： 也可以影響初始網(wǎng)格?？梢栽贗nitial Mesh對(duì)話框中修改, 或者在Local Initial Mesh 對(duì)話框中修改局部幾何分辨率。
教程:球閥設(shè)計(jì) P55
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Lecture 3 邊界條件 & 初始條件 P56
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條件
EFD中任何問(wèn)題都必須設(shè)置合理邊界條件（boundary conditions ）與初始條件（ initial conditions ）才能進(jìn)行求解。
對(duì)于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，初始條件影響收斂速度，邊界條件完全決定流動(dòng)特征。
對(duì)于瞬態(tài)問(wèn)題I，流動(dòng)特征與時(shí)間相關(guān)，初始條件和邊界條件都影響計(jì)算結(jié)果。
創(chuàng)建邊界條件
在EFD特征工具條上點(diǎn)擊創(chuàng)建邊界條件按鈕
Flow Analysis, Insert, Boundary Condition.
在EFD分析樹(shù)下右鍵點(diǎn)擊Boundary Conditions圖標(biāo) 再選擇Insert Boundary Condition
EFD.Lab中你還可以直接右鍵點(diǎn)擊直接選取模型上的面，再選擇Insert Boundary Condition來(lái)在選種的面上創(chuàng)建邊界條件。
在模型中可以直接看到已經(jīng)定義好的邊界條件:
–彩色箭頭指出方向和邊界類(lèi)型.
–在EFD分析樹(shù)中右擊某個(gè)邊界條件項(xiàng)，再選擇Show或者Hide 來(lái)顯示或者是關(guān)閉箭頭。
邊界條件類(lèi)型
Flow Openings：流動(dòng)開(kāi)口
– 進(jìn)口或者是出口
– 速度; 質(zhì)量流量; 體積流量
Pressure Openings：壓力出口
– 靜壓; 總壓; 環(huán)境壓力
Walls：壁面
– 實(shí)際面; 理想面
Flow Openings ( )：流動(dòng)開(kāi)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
Flow Parameters：流動(dòng)參數(shù)
Normal To Face：流動(dòng)垂直于開(kāi)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
其他參數(shù)
Humidity：濕度.
– 如果項(xiàng)目中氣體的相對(duì)濕度也計(jì)算了的話(打開(kāi)濕度選項(xiàng))
Substance Concentrations：物質(zhì)濃度.
– 對(duì)于多種流體存在時(shí)，可以指定每個(gè)流體的相對(duì)質(zhì)量/體積濃度
Turbulence Parameters：湍流參數(shù)
Boundary Layer：邊界層.
– Turbulent or Laminar (默認(rèn)為T(mén)urbulent).
初始條件
如果你想快速求解Internal 流動(dòng)問(wèn)題, 那么簡(jiǎn)單指定初始條件接近求解的解(而不是采用默認(rèn)的值)。
如果想求解External問(wèn)題, 你指定初始條件作為初始與環(huán)境條件。
環(huán)境條件是不受干擾的外部獨(dú)立流動(dòng)參數(shù).
對(duì)于氣體:
– 靜態(tài)壓力, 靜態(tài)溫度, 靜態(tài)密度(其中任何兩項(xiàng))
– 速度(或者馬赫數(shù))
對(duì)于液體:
– 靜態(tài)壓力, 溫度和速度
對(duì)于固體:
– 溫度
創(chuàng)建初始條件
在EFD特征工具條上點(diǎn)擊創(chuàng)建初始條件
Flow Analysis, Insert, Initial Condition.
在EFD分析樹(shù)中右擊Initial Conditions圖標(biāo)，選擇Insert Initial Condition
局部初始條件
你可以對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的internal流動(dòng)區(qū)域內(nèi)單獨(dú)定義一個(gè)局部初始條件使之與默認(rèn)不同。
封閉流動(dòng)區(qū)域
– 在該區(qū)域封閉面上選擇一個(gè)面 disabled 部件
– 備注：如果一個(gè)流體部件與固體區(qū)域重疊, EFD將認(rèn)為重疊區(qū)域?yàn)楣腆w
Tutorial 耦合換熱 P75
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Lecture 4 Goals and conditions
What are Goals?
EFD包含停止計(jì)算的內(nèi)嵌準(zhǔn)則, 但是采用自己的準(zhǔn)則是更好的： Goals（目標(biāo)）.
在項(xiàng)目中，你指定Goals作為感興趣的物理參數(shù), 所以Goals的收斂，從工程的角度上講可以認(rèn)為是達(dá)到了穩(wěn)定的解.
How does it work?
當(dāng)EFD分析goal的收斂性時(shí)，它會(huì)將goal的差量與收斂準(zhǔn)則差量進(jìn)行比較：
– 差量–指的是在分析interval中g(shù)oal 的最大最小值之差；
– 當(dāng)goal的差量< = goal收斂準(zhǔn)則差量時(shí)，計(jì)算認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到收斂。
創(chuàng)建Goals
Point Goal – 在某點(diǎn)上計(jì)算物理參數(shù)
Global Goal – 在整個(gè)計(jì)算域內(nèi).
Surface Goal – 在模型某個(gè)面上.
Volume Goal - 在計(jì)算域內(nèi)某個(gè)體上
– 流體或者固體.
Equation Goal – 一個(gè)方程(基本數(shù)學(xué)方程).
– 以已經(jīng)定義好的goals或者輸入數(shù)據(jù)特征(整體的初始或者環(huán)境條件, 邊界條件, 風(fēng)扇, 熱源, 局部初始條件, 等)作為變量。
EFD分析樹(shù)中黃色-紅色圖標(biāo)表明該goals 對(duì)收斂性沒(méi)有任何影響。同樣這些goals 在Goal Plot 和Goal Table 監(jiān)視對(duì)話框中也沒(méi)有進(jìn)度條。
名字
– PG
– GG
– SG
– VG
– Equation Goal <Number>
+ <Parameter> <Number>
Heat Sources：熱源
Surface Source ：面熱源
– Heat Transfer Rate, Heat Flux（若不考慮固體內(nèi)熱傳導(dǎo)）
– Heat Generation Rate, Surface Heat Generation Rate （若考慮固體內(nèi)熱傳導(dǎo)）
Volume Source ：體熱源
– Temperature
– Heat Generation Rate
– Volumetric Heat Generation Rate
正值代表生成熱，負(fù)值代表吸收熱
對(duì)Volume Source
– 若該部件處理為solid, 那heat conduction in solids 就會(huì)被考慮.
– 若該部件處理為fluid, 那你必須在Component Control 對(duì)話框中disable 該部件.
Fan：風(fēng)扇
風(fēng)扇是一種理想設(shè)備，它提供體積或者質(zhì)量流量(可以帶旋轉(zhuǎn)).
風(fēng)扇性能曲線可以在Engineering Database找到.
當(dāng)選擇風(fēng)扇時(shí)，強(qiáng)烈建議您和供應(yīng)商聯(lián)系，獲取風(fēng)扇的性能曲線。
External Fan:外部風(fēng)扇
– Inlet Fan ：送風(fēng)
– Outlet Fan：抽風(fēng)
– 對(duì)于Inlet和Outlet風(fēng)扇，你指定環(huán)境壓力。內(nèi)部靜壓由計(jì)算時(shí)獲取，它在風(fēng)扇面上處理為平均壓力。
Internal Fan ：內(nèi)部風(fēng)扇
– 含有出口面(流體到風(fēng)扇) 和進(jìn)口面(風(fēng)扇到流體)。
– 靜壓決定風(fēng)扇流量，它在流動(dòng)計(jì)算時(shí)獲得，風(fēng)扇面上平均處理。
你可以指定風(fēng)扇關(guān)于某參考軸旋轉(zhuǎn)一角速度.
你可以指定流體溫度和組分濃度.
當(dāng)然,你可以重新輸入湍流參數(shù)(湍流強(qiáng)度和長(zhǎng)度或者湍流能量和耗散率).
Engineering Database：工程數(shù)據(jù)庫(kù)
– Flow Analysis, Tools, Engineering Database 里面具有許多豐富的物理數(shù)據(jù)：gas, liquid, non Newtonian liquid, compressible liquid, steam and solid.
對(duì)于風(fēng)扇曲線定義來(lái)說(shuō)定義系列靜壓與流量點(diǎn)。
多孔介質(zhì)模型
不同固體材料間可以有接觸熱阻
對(duì)于散熱器簡(jiǎn)化模型需要熱阻與壓降曲線
TEC
定制可視化參數(shù)
輻射面屬性
單位
<system_driveDocuments and SettingsAll UsersApplication DataNIKAEFD.Lab 8>
EFD.Pro defined data are stored in the ChemBase.mdb file
user-defined dataare stored in the ChemBaseUser.mdb file
Tutorial 多孔介質(zhì)
FloEFD資料下載: FloEFD培訓(xùn)1-4講.pdf
標(biāo)簽： 點(diǎn)擊： 評(píng)論:
