midas nfx cfd中文版功能介绍土木版

1、2015简介CFD目 录土木行业为什么要做CFD分析？土木行业的CFD分析都做什么？土木行业的结构安全问题？土木行业的舒适度问题？midas CFD的卓越特点？midas CFD与Flunt的对比案例midas CFD在其它行业的典型应用案例midas CFD的未来发展愿景土木行业为什么要做CFD？安全可靠、经济合理、技术先进、确保质量工程结构可靠性设计统一标准3.1.1 结构的设计、施工和维护应使结构在规定的设计使用年限内以适当的可靠度且经济的方式满足规定的各项功能要求3.1.2 结构功能要求：承载性能、使用性能、耐久性能、耐火性能、稳固性能不做CFD行不行？马斯洛五层次需求理论结构安全问题

2、解决了吗？当安全可靠已经不是设计的主要难点时我们会追求什么？安全舒适竞争力土木行业CFD分析的目的？土木行业的CFD分析都做什么？主要解决荷载的不确定性问题结构安全问题主要解决人的感觉问题眼：光环境耳：声环境鼻：空气环境身体：风环境、温度环境、振动环境舒适度问题土木行业的结构安全问题土木领域科威特奥林匹克体育场流体分析 分析目的 计算奥林匹克体育场风压值 获得空气流动状态可视化结果表面压力分布风压预测值流动状态可视化结果流速分布膜结构风荷载分析 分析目的 确认风荷载压力分布 分析各区域的各风荷载方向的荷载气流分布膜底压力分布膜顶压力分布超高层建筑的风荷载分析 分析目的 确认风荷载压力分布 分析

3、建筑物之间的风干涉影响垂直轴风力发电机流动分析 分析目的 计算不同风速条件下风力发电机所受的扭矩和旋转次数旋转方向风旋转翼上的压力分布土木行业的舒适度问题隧道火灾烟雾扩散控制风速分析 分析目的 计算可以防止滞留现象的临界风速 以大型公交车火灾(20MW)为基准进行分析各断面温度分布各断面速度分布20MW2.5m/s火灾烟雾扩散机房空调系统热流分析 分析目的 空调性能分析 确定室内高温区域和空气滞留区域空调气流外部流入气流室内、室外风环境评价室内污染物的浓度分布评估室内通风系统分析火灾状况下，燃烧产物的扩散趋势分析横截面物质的浓度云图室外污染物扩散评价优化烟囱布局，降低二氧化碳排放量煤棚天窗通风

4、效率验算 分析目的 确定天窗最佳形状 确认天窗形状对内部空气流速和温度的影响推荐天窗方案的流速分布推荐天窗方案的温度分布midas CFD的卓越特点前后处理功能01布尔操作及模型简化模型简化布尔操作1导入 CAD 模型2通过布尔操作生成流体区域3生成分析对象便于研究的直观界面以及需要删除对象（孔/圆角）的自动识别按照尺寸进行分色显示多种形状或部件的清除处理（自动/一般）孔边的倒角微小的表面凹陷部分前后处理功能02材料属性数据库通过拖拽为部件分配材料通过设置默认材料，当开始一个新的工作项目时可以将默认材料自动分配给模型数据库 能够为材料属性定制需要的值前后处理功能03优化的并行网格划分借助多核处

5、理器可以并行划分网格的过程在1分钟内生成640,000单元喷液装置单元：640,000节点：1,060,000简洁友好的界面 通过CPU并行计算能够快速生成适应几何模型的优质网格减少30%的网格划分时间减少50%的网格划分时间1 Core2 Cores4 Cores前后处理功能04网格质量检查和重划分利用网格质量检查功能对网格歪斜度进行评估歪斜角度 40利用界限设置将质量较差的网格自动分离歪斜角度30选择不精确单元自动输出不精确单元12自动修正不精确单元(2D 网格)3前后处理功能05间接流固耦合CFD分析的计算结果液压力可以自动地添加到结构分析荷载中位移结果应力结果流速结果流体区域网格划分荷

6、载添加结构CAD网格划分移动网格功能06程序可靠性07程序得到KSME(韩国机械工程师协会)和UNESCO数值研究学院CIMNAE的认证论文索引: A new unstructured mesh finite element method for the analysis of free surface flow problems, Julio Garcia-Espinosa, INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING, 2008Flow Behind a Circular Cylinder, an internal

7、report the University of Parma, Italy自由水面功能项目应用08利用CFD分析手段检测泵集水系统中的旋涡08自由水面功能项目应用利用CFD分析手段检测泵集水系统中的旋涡midas CFD与Fluent对比案例1：管道流热耦合模型精度对比1. 分析模型管道内流体加热长5.76 m, 表面温度300 K长2.88 m, 热流边界：37.5 W/m2入口：轴向速度0.1 m/s管道对称轴长8.64 m 半径长0.06 m 压力边界：0 Pa2.结果比较计算结果，最高温度377K计算结果，最高温度375 KNFX CFDFluent误差：（0.5% 差别）midas

8、CFD与Fluent对比案例2：超高层建筑的数值风洞分析Part 1. 分析模型Part 2. 程序输入条件Part 3. 分析结果超高层建筑的数值风洞分析Part 1. 分析模型分析模型 超高层建筑模型和流动分析区域24 Dy33 Dy2 H8 Dy25 Dy流动入口DxDyH实际尺寸 Dx 30.48m, Dy 45.72m, H 182.88m ，风洞实验模型为1:400缩尺模型参考论文: Agerneh K. Dagnew et al.(2009) “Computational evaluation of wind pressures on tall buildings”Part 1.

9、 分析模型Part 2. 程序输入条件Part 3. 分析结果超高层建筑的数值风洞分析Part 2. 程序输入条件边界条件作用流体: 常温常压空气湍流模型: SST k- 模型入口: 输入流速信息出口: 大气压侧面顶面: 非粘性壁面底面建筑壁面: 粘性壁面Part 2. 程序输入条件单元网格6,366,433 个四面体单元(1,081,971 个节点)Part 1. 分析模型Part 2. 程序输入条件Part 3. 分析结果超高层建筑的数值风洞分析Part 3. 分析结果流线视频Part 3. 分析结果建筑表面压力Part 3. 分析结果中央剖面上压力分布Part 3. 分析结果中央剖面上速

10、度分布Part 3. 分析结果2/3H 高度位置上的压力分布Part 3. 分析结果2/3H 高度位置上的速度分布Part 3. 分析结果结果比较建筑迎风面的压力分布(11.5)与实验结果以及Fluent结果形状接近、结果相近。建筑侧面及背风面压力分布(1.55)与实验结果虽然数值上有些差异，但趋势接近。与Fluent相比，NFX各区域的压力分布的形状和数值结果与实验结果更接近。在其它行业典型应用案例化工行业多孔介质(Porous Media)VinPn数值模型流速(m/s)压力损失(Pa)管壳式换热器的热流分析 分析目的 确认内部流动情况 换热器性能预估蒸汽消耗量720kg/hr热水消耗量6

11、60kg/hr管壳式换热器的热流分析分析结果温度分布流线分布 上部派出高温蒸汽阀门系统开度性能评价 分析目的 开度对压力损失的影响分析 使用流动分析结果验算结构安全性压差分析结构安全性验算位移应力流体流动和涡量评估过滤器流动分析 分析目的 确认各种速度下微孔筛网和多孔板的压力损失设置多孔介质模型系数入口条件出口条件多孔过滤器流动分析分析结果压力分布流量(m3/hr)压差(Pa)速度分布流线分布燃气-蒸汽联合循环余热锅炉(HRSG)热流分析 分析目的 确认流动均匀性 设置Distribution grid必要性评估 确认HRSG内部和排出气体的温度分布中央断面温度分布SuperHeaterEVA

12、ECO各断面速度分布液化天然气(LNG)输送舱晃动分析舱内的水面晃动 分析目的 摇晃船体上的LNG输送舱内部LNG水面状态分析旋转机械旋转体分析技术移动网格技术将单元网格(包含旋转翼)旋转进行分析MRF技术使用相对速度概念，单元网格在无变形情况下象翅膀一样进行旋转干手器流动分析 分析目的 确认出口流速分布 管径扩展区域压力损失分析压力分布速度分布流线分布车辆鼓风机流动分析 分析目的 车辆鼓风机性能评估 确认油路设计的压力损失流速分布确认再循环区域出口入口壁面使用壁面法则搅拌机流动分析 分析目的 确认搅拌机的混合性能 确定挡板的位置和大小的影响形状及条件w = 250rpm非粘性挡板速度分布速度

13、向量电子领域结构分析和流体分析的优缺点(对流)区分优点缺点结构分析不用模拟空气分析时间短需要考虑周边环境流动条件时，结构分析结果不准确流体分析不必输入对流系数可以获得准确的温度分布需要模拟空气分析时间较长气流方向结构分析流动分析距离热源不同位置的温度分布考虑空气温度的影响，下部温度低、上部温度高结构分析和流体分析的优缺点(对流)LED 照明放热分析 分析目的 自然对流下冷却性能分析 LED晶片排热和热沉(Heat Sink)形状变更引起的温度分布速度分布温度分布表面温度变频器强制对流分析 分析目的 包含发热部件的变频器内部放热分析流线分布部件温度风扇发热源进气口排气口通讯设施内部热流动分析 分

14、析目的 自然对流下冷却性能分析 验算LED晶片排热和热沉形状C1 C2 C3 C4不同风扇位置影响流量不均匀C1C2C3C4显卡热流动分析 分析目的 风扇冷却性能分析 正常状态下晶片最大温度验算输入风扇性能曲线温度分布配电盘温度分析 分析目的 确认随时间变化的温度(焦耳热) 确认内部流动情况速度向量温度分布半导体/显示器领域 辐射(Radiation) 热以电磁波形式传播或物体通过放射电磁波传递热辐射(Radiation)分析空腔辐射离散坐标(DO)辐射模型辐射(Radiation)分析未使用辐射模型时使用辐射模型时只发生传到和对流引起的热传递，高温区域集中发生在上部使用辐射模型时，热传递将更

15、均匀更快速重力方向晶圆清洗分析 分析目的 喷嘴喷射时药液的状态分析分析条件5sec0.2sec0.5sec1sec玻璃热传递分析 分析目的 辐射和水冷管影响分析 验算玻璃各位置温度辐射引起的热传递Glass正面温度分布Glass背面温度分布冷却水速度分布FOUP内部氮气填充分析 分析目的 氮气填充速度方案比较原方案 : 供气方式 在缝隙位置发生局部泄漏 (缝隙 : 泄漏 O, 流入 X)改善方案 : 供气/排气方式20 lpm20 lpm20 lpm8 lpm 缝隙位置不发生泄漏缝隙FOUP内部氮气填充分析原方案 改善方案没有泄露，因此填充速度更快改善方案缝隙涂层(Slot Coating)分

16、析 分析目的 涂层方向涂层均匀性分析 考虑表面张力、接触角涂液涂层进行方向洁净室内部流动分析 分析目的 洁净室内部运输机器人移动对流动的扰乱分析下部多孔板上部风机过滤机组(FFU)机器人移动洁净室内部模型中部断面速度云图中部断面速度向量90度旋转180度旋转180度旋转 + 直线移动电子发热分析(Joule Heating) 分析目的 计算电流通过具有电阻的导体时的发热现象金属板卡盘晶片导线第一层保护层第二层保护层电流(电压)接地铜丝镍铬电热丝(发热源)midas CFD未来发展愿景CFD功能未来发展01 土木工程专用 (桥梁/风环境/冲刷)流固耦合作用岩土工程专用End of 2015201

17、5CFD求解器的发展CFD功能未来发展02GPU加速高性能计算CFD未来功能发展03基于GPU计算的实时仿真2015实时仿真(3D隐式有限元方法)3D 有限元非线性动力学分析网格 (125,127单元, 28,796节点)2D 有限元分析实时运算并且能与用户互动CFD功能未来发展04CFD分析未来展望加速时间仿真在事件结束前对其进行分析并采取措施数据驱动仿真自动吸收实际数据并基于这些数据即时修改分析结果CFD功能未来发展04加速时间仿真有限体积法流体分析 (11.98 X 8.28 km)实际流动时间(23 hrs) 数值模拟时间(14 hrs)即时预测灾难以提前采取措施 超级性能计算 多领域核心科技CFD功能未来发展04数据驱