CFD軟件哪家強

2017-02-07 by:CAE仿真在線來源:互聯網

計算流體力學是用電子計算機和離散化的數值方法對流體力學問題進行數值模擬和分析的一個新分支。

早在20世紀初,理查德就已提出用數值方法來解流體力學問題的思想。但是由于這種問題本身的復雜性和當時計算工具的落后,這一思想并未引起人們重視。自從40年代中期電子計算機問世以來,用電子計算機進行數值模擬和計算才成為現實。1963年美國的F.H.哈洛和J.E.弗羅姆用當時的IBM7090計算機,成功地解決了二維長方形柱體的繞流問題并給出尾流渦街的形成和演變過程,受到普遍重視。1965年,哈洛和弗羅姆發表“流體動力學的計算機實驗”一文,對計算機在流體力學中的巨大作用作了引人注目的介紹。從此,人們把60年代中期看成是計算流體力學興起的標志。

經過50年的理論基礎和計算機硬件水平的不斷提高,CFD已在很多領域得到應用并發揮著巨大的作用,各種商業CFD軟件更是蓬勃發展,對CFD技術在工程應用中的推廣起了巨大的促進作用,今天就對各種CFD商用軟件做一個簡要的介紹。

一、革命先驅

PHOENICS

一般認為是Spalding主持的英國CHAM公司是CFD軟件商業化的先驅。Spalding與Patankar提出的SIMPLE算法(半隱式壓力校正解法)在70年代己被廣泛用于熱流問題求解,CHAM公司在80年代初以該方法為基礎推出了計算流體力學與傳熱學的商業化軟件PHOENICS的早期版本。這是CFD通用軟件包的雛型,具有一定通用性,盡管功能還很不完備,但問世后很受歡迎。

如今,PHOENICS已經發展成為一款能夠模擬傳熱、流動、反應、燃燒過程的通用CFD軟件。

主要特點:

1、開放性:Phoenics最大限度地向用戶開放了程序,用戶可以根據需要任意修改添加用戶程序、用戶模型。PLANT及INFORM功能的引入使用戶不再需要編寫FORTRAN源程序,GROUND程序功能使用戶修改添加模型更加任意和方便。

2、CAD接口:Phoenics可以讀入任何CAD軟件的圖形文件。

3、MOVOBJ:運動物體功能可以定義物體運動,避免了使用相對運動方法的局限性。

4、大量的模型選擇:20多種湍流模型,多種多相流模型,多流體模型,燃燒模型,輻射模型。

5、提供了歐拉算法也提供了基于粒子運動軌跡的拉格朗日算法。

6、計算流動與傳熱時能同時計算浸入流體中的固體的機械和熱應力。

7、VR(虛擬現實)用戶界面引入了一種嶄新的CFD建模思路。

8、PARSOL(CUT CELL):部分固體處理。

9、軟件自帶1000多個例題,附有完整的可讀可改的原始輸入文件。

10、Phoenics專用模塊:建筑模塊(FLAIR) 電站鍋爐模塊(COFFUS)

應用領域:

能源動力、兩相、多相流、航空航天、傳熱傳質、化工燃燒、爆炸、船舶水利、化學反應、建筑、暖通空調、流體機械、冶金、磁流體、環境、材料。

二、中堅力量

FLUENT

FLUENT軟件是當今世界CFD仿真領域最為全面的軟件包之一,具有廣泛的物理模型,以及能夠快速準確的得到CFD分析結果。

FLUENT軟件擁有模擬流動,湍流,熱傳遞和反應等廣泛物理現象的能力,在工業上的應用包括從流過飛機機翼的氣流到爐膛內的燃燒,從鼓泡塔到鉆井平臺,從血液流動到半導體生產,以及從無塵室設計到污水處理裝置等等。軟件中的專用模型可以用于開展缸內燃燒,空氣聲學,渦輪機械和多相流系統的模擬工作。

現今,全世界范圍內數千計的公司將FLUENT與產品研發過程中設計和優化階段相整合,并從中獲益。先進的求解技術可提供快速、準確的CFD結果、靈活的移動和變形網格,以及出眾的并行可擴展能力。用戶自定義函數可實現全新的用戶模型和擴展現有模型。

FLUENT中的交互式的求解器設置、求解和后處理能力可輕易暫停計算過程,利用集成的后處理檢查結果,改變設置,并隨后用簡單的操作繼續執行計算。ANSYS CFD-Post可以讀入Case和Data文件,并利用其先進的后處理工具開展深入分析,同時對比多個算例。

ANSYS Workbench集成ANSYS FLUENT后給用戶提供了與所有主要CAD系統的雙向連接功能,其中包括ANSYS DesignModeler強大的幾何修復和生成能力,以及ANSYS Meshing先進的網格劃分技術。該平臺通過使用一個簡單的拖放操作便可以共享不同應用程序的數據和計算結果。

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CFX

CFX是全球第一個通過ISO9001質量認證的大型商業CFD軟件,由英國AEA Technology公司開發。2003年,CFX軟件被ANSYS公司收購。誕生在工業應用背景中的CFX一直將精確的計算結果、豐富的物理模型、強大的用戶擴展性作為其發展的基本要求,并以其在這些方面的卓越成就,引領著CFD技術的不斷發展。目前,CFX已經遍及航空航天、旋轉機械、能源、石油化工、機械制造、汽車、生物技術、水處理、火災安全、冶金、環保等領域,為其在全球6000多個用戶解決了大量的實際問題。

和大多數CFD軟件不同的,CFX除了可以使用有限體積法之外,還采用了基于有限元的有限體積法。基于有限元的有限體積法保證了在有限體積法的守恒特性的基礎上,吸收了有限元法的數值精確性。在CFX中,基于有限元的有限體積法,對六面體網格單元采用24點插值,而單純的有限體積法僅僅采用6點插值;對四面體網格單元采用60點插值,而單純的有限體積法僅僅采用4點插值。在湍流模型的應用上,除了常用的湍流模型外,CFX最先使用了大渦模擬(LES)和分離渦模擬(DES)等高級渦流模型。

CFX可計算的物理問題包括可壓與不可壓流體、耦合傳熱、熱輻射、多相流、粒子輸送過程、化學反應和燃燒問題。還擁有諸如氣蝕、凝固、沸騰、多孔介質、相間傳質、非牛頓流、噴霧干燥、動靜干涉、真實氣體等大批負責現象的使用模型。

在其湍流模型中,納入了k-?模型、低Reynolds數k-?模型、低Reynolds數Wilcox模型、代數Reynolds應力模型、微分Reynolds應力模型、微分Reynolds通量模型、SST模型和大渦模型。

作為世界上唯一采用全隱式耦合算法的大型商業軟件。算法上的先進性,豐富的物理模型和前后處理的完善性使ANSYS CFX在結果精確性,計算穩定性,計算速度和靈活性上都有優異的表現。

除了一般工業流動以外,ANSYS CFX還可以模擬諸如燃燒,多相流,化學反應等復雜流場。ANSYS CFX還可以和ANSYS Structure及ANSYS Emag等軟件配合,實現流體分析和結構分析,電磁分析等的耦合。ANSYS CFX也被集成在ANSYS Workbench環境下,方便用戶在單一操作界面上實現對整個工程問題的模擬。

ANSYS CFX不僅是一款強大的CFD軟件。ANSYS Workbench平臺融合了ANSYS DesignModeler強大的幾何修復和ANSYS Meshing先進的網格劃分技術,為所有主流的CAD系統提供優質的雙向連接,使數據的拖-放轉換以及不同的應用程序間共享結果更為容易。

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STAR-CCM+

STAR-CCM+是CD-adapco集團推出的新一代CFD軟件。采用最先進的連續介質力學算法(computational continuum mechanics algorithms),并和卓越的現代軟件工程技術結合在一起,擁有出色的性能、精度和高可靠性。

STAR-CCM+擁有一體化的圖形用戶界面,從參數化CAD建模、表面準備、體網格生成、模型設定、計算求解一直到后處理分析的整個流程,都可以在同一個界面環境中完成。

基于連續介質力學算法的STAR-CCM+,不僅可以進行熱、流體分析,還擁有結構應力、噪聲等其它物理場的分析功能,功能強大而又易學易用。

STAR-CCM+創新性的表面包面功能、全自動生成多面體網格或六面體為核心的體網格功能、在計算過程中實時監控后處理結果的功能,甚至細微到使用復制、粘貼功能傳遞設定參數等等,處處體現了STAR-CCM+為了最小化用戶的人工操作時間、更方便更直接地將結果呈現在用戶面前而精心設計的理念。

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三、行家里手

除了上述提到的一些通用CFD軟件,還有一些在特定領域起到巨大作用的專業化CFD軟件,這些軟件不僅對于具體工程問題更有針對性,而且方便一些不具備專業流體知識的工程師快速上手使用。

AVL FIRE

AVL FIRE是一款專業的發動機CFD軟件,能解決所有和發動機有關的CFD問題。它能對發動機系統及部件內部的流動、噴霧、混合氣形成、壁膜、燃燒、和排放物的形成進行詳細的模擬分析。還有專業的尾氣后處理模塊用于各類催化轉化器的研究和優化。

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CONVERGE

CONVERGE是由美國Convergent Science公司開發的發動機缸內CFD專業分析軟件。

如何快速、高效地生成高質量的計算網格一直是提高CFD分析工作效率的瓶頸,而CONVERGE擁有強大的自動化生成網格功能,可大量節省用戶的網格生成時間。CONVERGE的網格體系完全基于正交化網格,可采用自適應加密等等多種網格控制策略,以最小的計算負荷量實現高精度的仿真分析。

CONVERGE擁有噴霧模型,燃燒模型等發動機缸內分析所必須的各種豐富的物理模型,可用來模擬汽油機,柴油機,天然氣及HCCI等任何類型的發動機。

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FLACS

FLACS是一款用于CFD爆炸建模的行業標準軟件,同時還是一種適用于易燃、有毒物質排放的技術安全上下文建模的最佳驗證工具。

FLACS是一個全面的、易于使用的3D建模軟件工具,用于分散和爆炸的影響分析,是針對所有典型的易燃和有毒物質排放的解決方案。它廣泛用于石油和天然氣及過程工業,也越來越多的用于核工業,以及粉塵爆炸的潛力分析和許多其他領域的設施。CFD過程全部采用3D建模,可以更準確的預測后果,并減輕限制和擁塞真實的幾何體的影響。更好的獲取更高精確度的結果,不僅有助于提高安全性的真實水平,也可以讓設計人員能夠選擇真正有效的設計方案和緩解措施,從而提高安全性和成本效益的。

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Fluidyn

Fluidyn是為專門滿足石化、石油和天然氣工業的需求,應對潛在的高風險,應用計算流體動力學原理開發的軟件。

這款軟件可以專門用于:

定量和定性的風險評估
失效模式和影響分析
后果模擬
污染擴散模擬

這個行業廣泛采用的一些Fluidyn軟件如下:

過程工業風險分析和規劃軟件(fluidyn ASSESSRISK)
研究由工業事故導致的瞬態排放擴散模式或稠密氣體擴散、火災 (fluidyn PANEPR)
火災研究和燃燒副產品擴散軟件(fluidyn PANFIRE)
由于煉油廠、儲罐區事故導致的波浪作用及后果的仿真 (fluidyn PANWAVE)
復雜流體流動分析軟件(fluidyn MP)

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FloVENT

FloVENT是一款功能強大的計算流體力學(CFD)軟件,能夠預測各類建筑物內和周圍的三維氣流、傳熱、污染分布和舒適度。它提供反應快速和簡單易用的菜單系統,是專為設計和優化供暖、通風和空調設備的工程師而打造。

FloVENT擅長于模擬:

中庭、購物中心和辦公樓
劇院、機場碼頭、倉儲設施和倉庫
海洋石油平臺
建筑物和隧道火災
汽車乘客舒適度
實驗室、研究設施、醫院、地下停車場的空氣質量和污染控制

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四、新生勢力

XFLOW

XFlow是Next Limit Technologies公司開發的新一代的基于無網格、拉格朗日粒子法和大渦模擬(LES) 技術的流體力學計算軟件,它省去了劃分復雜網格的時間,能真實地模擬復雜的幾何和運動物體, 大大提高流體計算效率和精確性, 為客戶節省價格昂貴的試驗成本。

重要特點包括:

無網格方法

XFlow中的無網絡方法是基于粒子和具有完整拉格朗日函數的方法,這意味著將不再需要對經典的流體區域劃分網格,同時表面復雜性不再是一種限制因素。XFlow能夠解決運動的物體和可變形部分,能夠適應低質量的輸入幾何。

基于粒子動力式解算器

XFlow以一種全新的、基于粒子的動力算法為特征,對波爾茲曼方程和可壓縮的納維-斯托克斯方程進行求解。該解算器的特點是具有現代化的大渦模擬(LES)建模能力,以及具有高級非平衡隔離型模型。

高級建模能力

XFlow能夠處理大規模復雜模型,并且結合移動部分、強制或關聯運動或接觸建模過程,極大地簡化分析結構。

高級分析能力

XFlow的求解器還支持熱分析,熱交換,輻射,跨音速和超音速流動,在多孔介質中流動,非牛頓流,離散相模型和復雜邊界條件,如多孔介質中跳動或風扇類模型。

自適應蹤跡改良

XFlow的引擎可根據用戶需求自動適應解算規模,在各項隔離附近精確解算質量,并且在流動發展同時動態適應其蹤跡。

單獨一致的隔離模型

XFlow使用一種統一的非平衡隔離函數對邊界層進行建模。該隔離模型可用于所有情況下,這意味著在不同的算法間無需進行選擇,也無需處理每個體系相關的不同限制。

近似線性的可擴展性能

XFlow使用近似線性的可擴展能力,對于多核心技術實現完全的平行處理。

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PowerFLOW

PowerFLOW是美國EXA公司基于LBM(格子-波爾茲曼方法)開發的CFD求解器。LBM相對于FVM(有限體積法)的先進性使PowerFLOW具有無需簡化復雜的CAD模型、全自動生成笛卡爾網格、非定常模擬、幾乎線性的并行效率、精確度極高等優點。另外它還具有在初始結構上增加并減少部件方便地進行參數化研究、利用同一個模型可以進行空氣動力學、氣動聲學和熱管理等多學科模擬等獨特優勢。對CAD無需做任何修改和簡化、網格自動生成、專業化的咨詢服務團隊服務使得PowerFLOW變得非常易于使用,讓企業使用CFD軟件的門檻降到最低。這使PowerFLOW已經成為全球頂尖地面交通工具公司在氣動、噪聲及熱管理等方面數值模擬的首選軟件。它能為空氣動力學優化提供一個真實的數字風洞求解,在全球占有統治地位。PowerFLOW進行內外空氣動力學模擬的獨特優勢已經使得Exa成為該領域的領先者。

PowerFLOW的主要特點求解快速、完全的幾何細節和瞬態分析–已經使得流體力學模擬成為一種真正可用于生產設計的工具,改變了空氣動力學開發的方式。

主要特點: