Autodesk Simulation CFD имеет широкий набор возможностей для моделирования потоков жидкостей и процессов теплопередачи. С их помощью можно быстро и точно выполнять моделирование высокоскоростных турбулентных и несжимаемых потоков, а также теплопроводности и процессов конвективного теплообмена.

Среда изучения проекта

Среда изучения проекта САПР в Autodesk Simulation CFD удовлетворяет потребности инженеров-конструкторов в моделировании потоков благодаря интуитивно понятным, быстрым и простым средствам исследования проектных вариантов.

Autodesk Simulation CFD предоставляет гибкую интуитивно понятную среду для моделирования потоков жидкостей и процессов теплопередачи. Продукт обеспечивает следующие возможности:

• автоматизация изучения проекта — набор инструментов, оптимизирующий процесс моделирования и повышающий эффективность анализа;
• центр принятия важных решений — удобная мощная среда для сравнения проектных вариантов;
• центр проверки проекта — наглядная среда для изучения проекта упрощает и ускоряет процесс принятия решений, так как вы легко можете сравнивать результаты моделирования десятков разных проектных вариантов;
• модельно-ориентированный интерфейс — предоставляет несколько способов взаимодействия с моделью в любой момент времени;
• настраиваемые базы материалов — гибкие возможности управления материалами.

Среда изучения проекта САПР в Autodesk Simulation CFD удовлетворяет потребности инженеров-конструкторов в моделировании потоков благодаря интуитивно понятным, быстрым и простым средствам исследования проектных вариантов.

Интеллектуальные автоматизированные средства работы с сетками

Технология работы с сетками в Autodesk Simulation CFD позволяет быстро подготавливать сложные 3D-изделия к моделированию. Благодаря автоматизации этого процесса Simulation CFD может использоваться не только узкими специалистами, что позволяет ускорить работу. В продукте реализованы следующие возможности работы с сетками:

• автоматический подбор размеров сетки — вы можете задать сетку с помощью топологического запроса расчетной геометрии, определения ее размеров и распределения на каждой кромке, поверхности и объеме;
• локальная подстройка размеров — динамическое изменение сети по мере необходимости;
• диагностика геометрии сети — выявление чрезвычайно тонких поверхностей и чрезвычайно маленьких кромок относительно остальных компонентов модели;
• оптимизация сетки граничных слоев — автоматическое добавление слоев элементов к сетке жидкости во всех областях контакта жидкость-стена и жидкость-твердое тело. Для обеспечения ровного перехода высота сетки смежных поверхностей меняется постепенно;
• области уточнения сетки — повышение точности и эффективности моделирования благодаря уточнению сетки только в важных областях;
• темп роста объема — управление темпом роста сетки в крупных областях с небольшим количеством деталей;
• автоматическое уточнение сетки — непосредственное управление изотропными изменениями масштаба длин поверхностей модели. Инструмент обеспечивает точное управление интенсивностью переходов, а также позволяет указывать темпы роста для сеток поверхностей;
• уточнение зазоров и тонкостенных тел — уточнение небольших зазоров и длинных тонких цельных деталей.

Продукт позволяет автоматически уточнять сетку в важных областях, таких как зазоры, с предварительным просмотром сетки поверхности. Предварительный просмотр дает пользователям представление о технологичности сетки.

Технология расчета методом конечных элементов Accelerant

Технология расчета Accelerant в Autodesk Simulation CFD состоит из нескольких передовых интеллектуальных компонентов, каждый из которых оптимизирован для быстрого и эффективного получения результатов самой высокой точности и надежности.

• Метод конечных элементов — предоставляет гибкие возможности моделирования любых геометрических форм.
• Решающий модуль Accelerant — система решения разреженных матриц Крылова, использующая два уровня предобусловливания. Каждый уровень предобусловливания контролируется допуском на отсечку и строится в процессе факторизации. После завершения факторизации он используется в петле итеративной конвергенции.
• Интеллектуальное управление решением задач — Autodesk Simulation CFD автоматически подбирает параметры конвергенции и временной шаг.
• Автоматическая оценка конвергенции — эта возможность позволяет пользователю точно знать, когда подбор нужного решения будет закончен, благодаря отслеживанию процесса и автоматической остановке моделирования при достижении нужного значения.

Технология расчета Accelerant в Autodesk Simulation CFD использует собственные алгоритмы оптимизации работы центрального процессора для сокращения времени, необходимого для расчета потоков жидкости или процессов теплопередачи.

Взаимодействие с САПР

Autodesk Simulation CFD может взаимодействовать с САПР для ассоциативного моделирования потоков жидкости и процессов теплопередачи. Autodesk Simulation CFD работает со следующими САПР:

• Autodesk Inventor;
• Autodesk Revit;
• Siemens NX;
• PTC Pro/ENGINEER;
• PTC CoCreate;
• Siemens Solid Edge;
• SOLIDWORKS;
• SpaceClaim;
• CATIA.

На данный момент решение по моделированию потоков газов и жидкости Autodesk Simulation CFD поставляется в комплекте с тремя различными решающими программами:

• Autodesk Simulation CFD;
• Autodesk Simulation CFD Advanced;
• Autodesk Simulation CFD Motion.

Каждый последующий решатель превосходит предыдущий по ширине спектра задач моделирования течения и теплообмена ньютоновской жидкости.

Моделирование потоков жидкостей и процессов теплопередачи

Autodesk Simulation CFD обладает широким набором возможностей для моделирования потоков жидкостей и процессов теплопередачи. С их помощью можно выполнять точное 3D-моделирование высокоскоростных турбулентных и несжимаемых потоков, а также теплопроводности и процессов конвективного теплообмена.

Потоки жидкостей

Продукт позволяет изучать поведение жидкостей и газов, движущихся внутри физических объектов и вокруг них. Вот несколько примеров применения продукта: аэродинамика крыла самолета, падение давления в клапане или распределение выхлопных газов в выпускной системе автомобиля.

В Autodesk Simulation CFD можно моделировать следующие потоки жидкостей:

• ламинарные потоки;
• турбулентные потоки;
• несжимаемые потоки;
• стационарные потоки.

Процессы теплопередачи

Продукт позволяет изучать перенос энергии в результате изменения температуры. Анализ процессов теплопередачи чрезвычайно важен для оптимизации эксплуатационных характеристик изделий и продления их жизненного цикла. Типичные области применения: прогнозирование температуры электронных компонентов, обеспечение комфортной температуры в заполненном конференц-зале, оценка распределения температуры в процессе производства и т.п.

В Autodesk Simulation CFD можно моделировать следующие процессы теплопередачи:

• теплопроводность;
• конвекция;
• вынужденная конвекция;
• естественная конвекция.

Autodesk Simulation CFD предлагает полный спектр возможностей моделирования потоков и процессов теплопередачи, позволяющих ускорить процесс разработки изделия и снизить его стоимость.

Autodesk Simulation CFD Advanced

Autodesk Simulation CFD Advanced 2013 предоставляет дополнительные возможности моделирования потоков и процессов теплопередачи, в том числе моделирование переходных состояний, сжимаемых потоков, эффектов излучения и влажности. Продукт используется при проектировании электронной аппаратуры, освещения, светодиодных систем, трубопроводной арматуры, инженерных систем зданий, а также в аэрокосмической и оборонной промышленности.

Расширенное моделирование потоков жидкостей и теплопередачи

Autodesk Simulation CFD Advanced предоставляет дополнительные возможности моделирования потоков жидкостей и процессов теплопередачи. В число возможностей входят следующие.

Расширенные возможности моделирования потоков жидкостей

• Сверхзвуковые сжимаемые потоки.
• Переходные состояния.
• Двухфазные потоки.
• Кавитация.

Расширенные возможности моделирования процессов теплопередачи

• Внутреннее излучение.
• Излучение сквозь прозрачные среды.
• Солнечные нагрузки.

Физические условия

• Относительная влажность.
• Ток.
• Напряжение.

Autodesk Simulation CFD Advanced позволяет инженерам-конструкторам принимать точные проектные решения благодаря расширенному набору физических условий.

Применение в машиностроении и промышленном производстве

Autodesk Simulation CFD Advanced содержит обширный набор возможностей моделирования важных компонентов промышленного оборудования, гидравлических и пневматических систем, печей и т.п. Возможности моделирования для отрасли машиностроения и промышленного производства в Autodesk CFD Advanced позволяют конструкторам:

• моделировать запуск потока для прогнозирования распространения волн давления через устройство;
• собирать данные о давлении в переходном режиме и развитии потока;
• прогнозировать падение давления и распределение скоростей сверхзвуковых потоков газа в пневмораспределителях;
• моделировать смешивание двух схожих жидкостей с использованием скалярного условия смешивания.

Autodesk Simulation CFD Advanced упрощает и ускоряет процесс принятия проектных решений благодаря всестороннему изучению факторов, влияющих на эксплуатационные характеристики изделия.

Применение для электрических систем и систем освещения

Одна из основных проблем, с которой сталкиваются инженеры-электронщики, заключается в поддержании рабочего температурного диапазона компонентов. Проектировщики систем освещения испытывают большие сложности с термоуправлением светодиодов: значительная часть общей энергии светодиода преобразуется в тепло, поэтому светодиоды должны работать при намного более низких температурах, чем другие типы ламп. Возможности Autodesk CFD Advanced позволяют:

• точно предсказывать температурный режим для устройств с большой потребляемой мощностью;
• моделировать эффекты активации и деактивации тепловыделяющего компонента в определенный момент времени;
• собирать данные о кратковременных повышениях и понижениях температуры;
• оценивать тепловые эффекты солнечных нагрузок;
• визуализировать распределение температур в устройствах.

Проведение всестороннего исследования проектов электронных систем с изучением поведения важных деталей, принимающих участие в терморегулировании, в том числе микросхем, вентиляторов, печатных плат, устройств защиты от электромагнитных помех, корпусов, усилителей мощности, полевых транзисторов и др.

Autodesk Simulation CFD Advanced позволяет определять способы снижения тепловой нагрузки на места подключения светодиодов с помощью использования разных конфигураций печатных плат, теплоотводов и вентиляторов.

Применение в архитектуре и проектировании инженерных систем

Autodesk Simulation CFD Advanced упрощает и ускоряет процесс принятия проектных решений благодаря всестороннему изучению факторов, влияющих на эксплуатационные характеристики изделия.

Autodesk Simulation CFD Advanced можно использовать для инженерных расчетов в архитектуре и проектировании инженерных систем зданий. Типовые области применения: расчеты искусственной и естественной вентиляции, внешнего обтекания (ветровой нагрузки) и комфорта для людей. Возможности Autodesk CFD Advanced позволяют:

• рассчитывать теплопередачу излучением через прозрачные среды, такие как окна;
• изучать долгосрочные эффекты дневного прогрева;
• визуализировать места выпадения конденсата и его количество.

Инструменты изучения воздействия ветра (слева) позволяют оптимизировать использование экологических ресурсов при проектировании естественной вентиляции, уменьшении вторичного вовлечения отработанного воздуха и повышении качества воздуха в помещениях. Инструменты моделирования солнечных нагрузок (справа) можно использовать для проектирования помещений, соответствующих уникальным требованиям для роста определенных видов растений, когда нужно уделять особое внимание освещению, температурному режиму и воздушным потокам.

На рисунке слева показано, как системы распределения воздуха в подпольных каналах приобретают популярность в качестве альтернативы традиционным потолочным системам. На рисунке справа показано, насколько важно равномерное распределение потока в центрах обработки данных для предотвращения отказа оборудования и чрезмерных затрат на систему охлаждения.

Autodesk Simulation CFD Motion

Многие конструкторские проекты требуют понимания принципов взаимодействия жидкостей и газов с движущимися твердыми телами. Autodesk Simulation CFD Motion 2013 позволяет создавать виртуальную среду для моделирования взаимодействия компонентов насосов, вентиляторов, нагнетателей, компрессоров, задвижек, поршней и других механических устройств с потоками жидкостей. Программа формирует отчеты по всем физическим эффектам движения, а также динамике изменений во времени. Существует возможность создания анимационных роликов для изучения проекта и сравнения разных проектных вариантов.

Autodesk Simulation CFD Motion 2013 позволяет создавать виртуальную среду для моделирования взаимодействия компонентов насосов, вентиляторов, нагнетателей, компрессоров, задвижек, поршней и других механических устройств с потоками жидкостей. Программа формирует отчеты по физическим эффектам движения, а также динамике изменений во времени. Имеется возможность создания анимационных роликов для изучения проекта и сравнения различных его вариантов.

Моделируются следующие типы движения:

• прямолинейное;
• угловое;
• вращательное (турбины);
• комбинированное линейное и угловое;
• комбинированное орбитальное и угловое;
• нутация;
• движение лопастных машин;
• свободное.

Динамика изменений во времени учитывает следующие характеристики:

• усилие;
• крутящий момент;
• скорость вращения;
• линейная скорость;
• угловая скорость;
• линейная деформация;
• угловая деформация;
• скачки/падения давления;
• скачки/падения температуры;
• скорость потока;
• анимация движения.

Моделирование работы насосов в Autodesk Simulation CFD Motion варьируется от объемных шестеренных насосов (пример показан на рисунке слева) до многоступенчатых насосов (например, двуступенчатый штанговый скважинный насос, показанный на рисунке справа).

Задание способа движения объектов

Задать траекторию движения объекта в Autodesk Simulation CFD Motion можно тремя основными способами:

• предустановленные траектории движения — позволяют вникнуть в суть процесса взаимодействия объекта и окружающей его жидкости;
• турбины — позволяют понять принципы работы устройств с турбинами без необходимости испытаний на опытных образцах;
• свободное движение — моделирование свободного (либо частично ограниченного) движения объекта в среде активного потока жидкости.

Autodesk Simulation CFD позволяет моделировать насосы с одиночным и двойным всасыванием, с одним и двумя нагнетателями, а также с различными конфигурациями насосного колеса: радиальной, осевой либо смешанного типа.

Задание источника движения объектов

Autodesk Simulation CFD Motion включает широкий набор физических атрибутов, позволяющих задавать движение, вызванное как потоком жидкости, так и механическим приводом.

Движение, вызванное потоком

При движении, вызванном потоком, объект либо движется, либо останавливается под воздействием жидкости. Объект может свободно перемещаться по заданной траектории. Задавать движение, вызванное потоком жидкости, позволяет комплексный набор физических атрибутов:

• расстояние и диапазон движения;
• движущая сила, сила противодействия и крутящий момент;
• начальная линейная и/или угловая скорость.

Движение, вызванное механическим приводом

Во многих устройствах движущиеся объекты не взаимодействуют с жидкостями, а движутся в строго определенном направлении на заданное расстояние.

Autodesk Simulation CFD Motion обладает комплексным набором инструментов для задания движения такого типа, в том числе:

• равномерного движения;
• возвратно-поступательного и колебательного движения;
• табличного задания положения как функции времени;
• постоянной или переменной скорости вращения.

Открытие запорного клапана с кратковременным повышением скорости потока и распределением давления.