无缝集成于CAD环境的CFD

heblilei

当今的并行工程方法往往要求做出可能影响到设计细节的重要决策之前，对一个新设计的可行性和性能进行预测。仿真在这类产品的设计中扮演着重要的角色。　　通过在整个数位设计和生产过程中重复使用同一复杂三维数据来加速并行工程设计，这一渴望正是“产品生命周期管理”(PLM)概念的源头。达到这一目标的一个基本步骤就是将分析和仿真结果 —— 这些结果描述运行模式、构造性能、流体流动/热量情况等 —— 集成到主流结构设计流程中。当今的并行工程方法往往要求做出可能影响到设计细节的重要决策之前，对一个新设计的可行性和性能进行预测。仿真在这类产品的设计中扮演着重要的角色。
　　动力和构造分析在主流机械设计 (MCAD) 软件中已集成得相当不错。然而，著名Navier-Stokes 方程所描述的流体流动和热量传递过程极度复杂且非线性，所以，相比描述机械应力和固体应变的方程，它在数值求解方面更为困难。这个原因一定程度上导致了一些研发CFD 软件的公司将更多的精力花在提高数值算法上，而不是针对主流机械设计环境的集成。很多商用CFD 公司声明，已经集成到了主流机械设计软件中，然而，那只是貌似“紧密集成”，实际上，仍有许多问题函待解决，也并不能满足无缝集成的并行工程的需求。
　　一个新方法…
　　市场需要一个解决流体流动仿真的新方法，它为市场提供无缝集成于主流设计环境，且高性价比、过程导向的CFD 软件。设计周期中，每一次模型改变的时候都能获取仿真结果 —— 只有这样，仿真才能在决策与优化中起到重要作用。那么，满足这个雄心勃勃目标的CFD 软件，应该具备怎样的特征及技术条件?
　　首先，也是最具决定性的一点，CFD 软件必须直接使用主流MCAD 软件提供的三维CAD 数据，只有这样，它才能与设计过程中的每一变化同步。大多数CFD软件 —— 包括那些宣称已经与MCAD集成的软件 —— 实质上需要复制三维模型，转化成中介格式如Parasolid 或ACIS，然后添加边界条件，以此创建出用于流体流动分析的模型。因为复制和导入模型在主流机械设计环境和分析环境中产生了分离，这些方法存在明显缺陷，并且无法提供无缝的流体分析。
　　第二，CFD 软件必须要有和主流机械分析(MCAD)软件一样的“相貌和感觉”，并共用同样的特征目录等，这样用户无需为使用CFD 软件而专门学习一种新的操作环境，也让用户能专注于解决物理问题。然而，当今的商业CFD 软件很少能满足这一点。在不同MCAD 软件中无缝集成所需的成本和所面临的难度使得大多数的软件商选择了模型导入方案。
　　第三，很多CFD 工具导入固体模型时的典型问题是对于应该使用流体流动分析模式的流体区域，在原始的MCAD 模型中并不存在一种离散的“对象”。大多数CFD 软件处理这类问题的标准方法是定义和分离MCAD 模型中的所有空穴区域，然后在特征目录中将他们添加为虚拟的对象，然后划网格。这种方法没有也不能提供无缝的流体分析，因为数据的连贯性被破坏，与原始CAD 数据一对一的联系也无法保持。
　　CFD 的一个新分支，即大家所熟知的工程流体力学(EFD)专为克服此处所描述的问题而打造。
　　FloEFD 的应用：FloEFDPro —— 无缝集成在Pro/ENGINEER Wildfire，是Pro/TOOLKIT 的一个应用。FloEFDPro 有和 Pro/ENGINEER 一样的“相貌和感觉”，并共用同样的特征目录和几何模型……
　　FloEFD 的应用：FloEFDV5 —— 无缝集成在CATIA V5 中，是Workbench 的一个应用。FloEFDV5 有和 CATIA V5 一样的“相貌和感觉”……
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　　下载的PDF白皮书包括：
　　CFD对于机构工程师的意义
　　集成到CAD环境的流体模拟工具
　　同步CFD分析方法加速汽车设计的案例
　　同步CFD-下一代航空产品设计的重要工具
　　同步计算流体力学仿真优化气体混合过程