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FLOW-3D 2022R1 更新內容

2022R1發行版的新功能包括FAVOR™的擴展方法稱為detailed cutcell representation、模擬模板、移動液滴和氣泡源、軸向泵模型、主動模擬控制功能的擴展、基於兩個獨立變量的物性輸入、以及改進的數值功能,如VOF-to-particle功能,改善流體質量守恆。流線化用戶界面改進包括重新設計的物理模型對話框、初始條件以及輸出選項和幾何體等視窗小工具,以實現更簡單、更快和無錯誤的模擬設置。

FAVOR™方法的擴展:Detailed Cutcell representation

原有的FAVOR™ 方法在笛卡爾網格上使用面積和體積分數表示實體幾何,它使FLOW-3D能夠有效地模擬繞過複雜幾何體的流動問題,而無需求助於非結構化的貼體網格。儘管具有非常大的計算優勢,但是FAVOR™方法面臨的一個挑戰是當計算壁面剪應力時,有時會產生較大誤差。新的FAVOR™的處理方法改進,稱為Detailed Cutcell representation方法,大大改進了壁面剪應力的計算,從而顯著改進了固體表面附近的流動模擬精確性。

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Detailed cutcell representation

表格物性

材料的粘度和表面張力等物性參數往往是個變量,它與溫度、密度、應變率或用戶定義濃度相關的標量。如果將這些參數擬合成函數曲線往往比較複雜,尤其是當這些參數與多個自變量相關時。FLOW-3D中新的表格屬性功能,允許用戶以表格形式定義最多兩個獨立變量的流體屬性(之前只能定義一個)。例如,表面張力可以根據實驗數據製成表格,以表示與污染物濃度和溫度的相關性;或者粘度也可以表示與應變速率和溫度的相關性。

在下面的例子中,粘稠的流體流入靜水池中,最終粘稠的流體和水分層,下層為粘稠流體區而上層為清水區。

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不同溫度下粘度與應變率的關係

擴展主動模擬控制

主動模擬控制(ASC)非常適用於基於探針處的流動數據控制模擬。在最新的2022R1版本中,ASC適用性進一步擴展,可以基於一般歷史數據、通量面和體積取樣數據進行額外控制。

相對於探針,通量表面和體積取樣的優點之一就是它們可以提供表面或體積上的平均數值,而不是基於點的數據。在某些情況下,基於表面和體積的數據可以更方便的對仿真中感興趣的行為進行控制。

 

使用此新功能,用戶可以:

  • 當體積取樣中變量超過或低於臨界值時,終止模擬。

  • 根據體積取樣中紊流能量控制噴嘴的填充速率。

  • 根據通量面上平均速度控制輸出頻率。

  • 當體積取樣中的填充分數達到用戶指定的值時,終止模擬。

在本例中,低溫儲罐供給管中的泵以恆定流速從推進劑儲罐中抽取液氧。當液氧排出時,當空壓降至給定值以下時,主動模擬控制觸髮質量動量源。當空壓上升到給定值以上時,關閉增壓。

VOF to Particles

通過與流體粒子相結合,提高了陡變界面跟踪VOF方法的準確性和魯棒性。新的粒子種類,稱為VOF粒子,用於代替VOF函數,在計算域中跟踪小的流體絲帶和液滴,實現更好的流體體積和動量守恆。在重力控製過程中,預期時間步長也會更大。當滿足特定條件時,VOF流體在特定時間和位置自動轉換為VOF粒子。然後使用拉格朗日粒子模型計算粒子運動,粒子在重新進入流體時轉換回VOF表示。

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VOF to Particles

軸流泵模型

FLOW-3D新的軸流泵模型允許用戶在模擬中模擬軸流泵的淨效應。關於泵的行為提供兩個選項。第一種選擇是給定泵的體積流量或流速,以便流體以給定速率流動。若泵參數提供工作流量時,此選項適用。第二個選項提供了基於泵性能曲線的泵運行的更完整定義。在這種情況下,用戶可以定義泵性能曲線的線性近似值,以便通過泵的流量依賴於泵的壓降。在此配置中,其代表了泵的典型行為,即當反向動態壓頭建立並推回泵運行時,流量將減慢並最終失速。

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軸流泵用戶界面

風扇或葉輪組件用戶界面

液滴或氣泡源模型

自首次開發以來,FLOW-3D已經被用於模擬從噴嘴和其他孔口形狀噴射的液滴,以模擬在表面張力作用下形成的流體形狀。然而,在某些情況下,當液滴離開噴嘴時,模擬其形狀是不必要的,除非液滴對基板的影響是重要的。此外,對在流體中氣泡傳輸進行建模可能是有意義的,但不是氣泡本身。新的液滴/氣泡源模型有助於解決此類情況。

新的液滴和氣泡源模型允許球形液滴或氣泡以一定間隔從點源發射。源可以是靜止的或以表格形式定義其運動。液滴或氣泡的初速度也可以在三維中定義。所有物理模型都與該模型兼容,以便可以模擬多孔介質流動、蒸發及凝固和表面張力等典型應用。

在此示例中,液滴源以圓形模式移動,同時以10 m/s的速度向下噴射液滴到多孔介質中,以形成環形設計。

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液滴或氣泡源模型設置用戶界面

模擬模板

新模板是根據給定的建模框架預先加載重要參數,例如自由表面的單流體不可壓縮流或雙流體可壓縮模擬。創建新模擬時,將向用戶顯示一個對話框,其中包含六個模板供用戶選擇,這些模板涵蓋FLOW-3D中最常見的建模案例。"None"選項允許高級用戶從空白開始,以便他們可以應用定制數值設置。使用模板是加快模型設置的一種方便方法,可以幫助用戶避免出錯或忘記定義參數。

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New simulation template in the GUI

增加求解器功能

求解器功能包括非牛頓流體的Herschel-Bulkley模型和gas-to-void轉換功能,以改善易破裂流體區域的質量守恆,同時也擴大控制條件的對象,包括摻氣量和溶質濃度模型的支持。

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Herschel-Bulkley 模型

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激活模擬質量動量源事件

用戶界面改善

流線化用戶界面改進包括重新設計的物理模型對話框、初始條件以及輸出選項和幾何體等視窗小工具,以實現更簡單、更快和無錯誤的模擬設置。

初始條件視窗小工具

初始條件小工具改進了初始流體域和氣體域的設置,使其更容易、更快。在新的設計中,全局、區域和指針對像被放置在單獨的選項卡中,從而可以更清晰地查看設置

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初始條件-區域

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初始條件-靜水壓

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初始條件-指針

輸出視窗小工具

重新設計的輸出小工具使用戶能夠準確地看到模擬結果文件中有哪些輸出可用,從而在一個簡潔的視圖中直觀顯示數據輸出。

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重新設計空間輸出小工具

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輸出小工具-幾何數據

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在寫入空間數據時強制輸出歷史數據和空間數據

交互式創建和編輯重新設計

交互式幾何圖形創建和編輯比以往任何時候都要好,現已包括:

  • 新的交互式工具選擇,包括旋轉、移動和調整大小

  • 通過單擊動作並選擇要修改的幾何圖形,進入旋轉、移動或調整大小模式

  • 單擊向上箭頭圖標或按ESC鍵將用戶返回到正常選擇模式

視窗小工具

使用最新的WYSIWYN設計方法可以更輕鬆、更快速地對幾何對話框進行設置,該方法將子組件的不同屬性整合到一起,方便用戶進行設置。

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幾何小工具

更容易獲得幫助

在物理模型對話框中點擊即可輕鬆存取相關文檔、教程和幫助流程圖。

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物理模型對話框

流線化物理模型對話框

許多物理模型對話框已經被簡化,以便用戶可以更快地設置模擬並減少設置錯誤。

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氣泡和相變模型

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摻氣模型

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漂移通量模型