數(shù)十年來(lái)，眾多工程師和數(shù)學(xué)家一直在試圖通過(guò)“計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 仿真”這種方式加深對(duì)流體力學(xué)和傳熱現(xiàn)象的理解并提高對(duì)其預(yù)測(cè)的能力。目標(biāo)非常明確，即最大程度優(yōu)化涉及流體的產(chǎn)品和工藝的設(shè)計(jì)，同時(shí)最大程度減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)以及花費(fèi)的時(shí)間和成本。

但是，過(guò)去十年左右 CFD 才獲得廣泛認(rèn)可并應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)，這得益于計(jì)算能力成本的大幅降低、更好的數(shù)學(xué)算法和更易使用的商業(yè) CFD 代碼。從 2D 工程圖設(shè)計(jì)過(guò)渡到使用實(shí)體模型的3D 設(shè)計(jì)推進(jìn)了 CFD 的廣泛使用和普及。

“產(chǎn)品生命周期管理 (PLM)”這一概念已深入人心并得以全面實(shí)施，其宗旨是在整個(gè)數(shù)字化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中重用相同的 3D 數(shù)據(jù)，從而加速并行工程設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)必不可少的一步是將描述操作模式、結(jié)構(gòu)/機(jī)械行為、流體流動(dòng)/熱學(xué)行為等內(nèi)容的分析和仿真結(jié)果嵌入到主流機(jī)械設(shè)計(jì)流程中。如今的并行工程方法通常要求先預(yù)測(cè)新設(shè)計(jì)的可行性和性能，然后再進(jìn)行重要決策，這些決策可能影響設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，仿真對(duì)此類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

機(jī)械和結(jié)構(gòu)分析已很好地嵌入到主流機(jī)械設(shè)計(jì) (MCAD) 軟件中。但是，針對(duì)流體和傳熱過(guò)程的著名的納維葉-斯托克斯方程在本質(zhì)上非常復(fù)雜而且是非線性的，因此相比針對(duì)機(jī)械應(yīng)力和實(shí)體變形的方程，通過(guò)數(shù)學(xué)方式求解該方程更加困難。部分由于這一原因，開(kāi)發(fā) CFD 軟件的公司耗費(fèi)了更多的精力來(lái)加速其數(shù)學(xué)算法，而不是將軟件嵌入到主流機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)境中。許多商業(yè)

新方法

• 首先，CFD 軟件必須能夠直接與主流 MCAD 軟件的原生 3D CAD 數(shù)據(jù)交互，確保與不斷出現(xiàn)的設(shè)計(jì)變更保持同步。目前能夠滿足此要求的商業(yè) CFD 軟件少之又少。大多數(shù) CFD 代碼，即使是宣稱(chēng)可與機(jī)械設(shè)計(jì) (MCAD) 軟件集成的代碼，實(shí)際上使用的是 3D 幾何體的副本，通過(guò) Parasolid 或 ACIS 等中性格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換并添加邊界條件來(lái)生成流體分析模型。這種方法有致命弱點(diǎn)，而且無(wú)法提供完全嵌入的流體仿真，因?yàn)椴捎酶北静?duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換這一行為切斷了主流機(jī)械設(shè)計(jì)與分析版本之間的聯(lián)系。
• 第二，CFD 軟件必須與主流機(jī)械設(shè)計(jì) (MCAD) 軟件具有相同的“觀感”，并共享相同的裝配體樹(shù)層次關(guān)系等，以便用戶(hù)在操作 CFD 軟件時(shí)不用被迫學(xué)習(xí)新的環(huán)境，并能夠?qū)Ｗ⒂诖鉀Q的實(shí)際問(wèn)題。再次說(shuō)明，目前能夠滿足此要求的商業(yè) CFD 軟件少之又少。由于在多種不同 MCAD 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中開(kāi)發(fā)用戶(hù)界面的成本較高且非常復(fù)雜，因此大多數(shù)供應(yīng)商會(huì)選擇上述的轉(zhuǎn)換過(guò)程。
• 第三，大多數(shù) CFD 軟件工具在導(dǎo)入實(shí)體模型時(shí)遇到的的一個(gè)特定問(wèn)題是：在原始的 MCAD 模型中不存在用于表達(dá)（空的）流動(dòng)空間的離散“對(duì)象”，而這些（空的）流動(dòng)空間是流體模型所必須用到的。解決此問(wèn)題時(shí)大多數(shù) CFD 代碼使用的標(biāo)準(zhǔn)方法是識(shí)別并提取 MCAD模型中的所有“空腔”，將其作為額外的幽靈“對(duì)象”添加至特征樹(shù)，并為其劃分網(wǎng)格。這種方法不能也無(wú)法提供完全嵌入的流體仿真，因?yàn)?/span>數(shù)據(jù)一致性以及與原始 CAD 數(shù)據(jù)的一對(duì)一鏈接將丟失。

為克服上述問(wèn)題，業(yè)界開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)為工程流體動(dòng)力學(xué) (EFD) 的新一代 CFD 軟件，這種軟件可滿足在 3D MCAD 設(shè)計(jì)環(huán)境中完全嵌入的并行流體仿真的需求。

大多數(shù)情況下，流體仿真的目的都是系統(tǒng)地尋找針對(duì)某個(gè)特定設(shè)計(jì)問(wèn)題的最優(yōu)解決方案。要實(shí)現(xiàn)此目的，工程師必須模擬大量設(shè)計(jì)變型，其中的設(shè)計(jì)變體包含對(duì)幾何參數(shù)以及輸入變量、溫度和流動(dòng)條件的變更。如 SOLIDWORKS 3D CAD 這樣的現(xiàn)代 MCAD 環(huán)境是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的理想平臺(tái)，因?yàn)榱慵脱b配體的參數(shù)化和結(jié)構(gòu)化采用了機(jī)械設(shè)計(jì)師非常熟悉的方式，所以他們可輕

這些參數(shù)必須作為基于對(duì)象的特征進(jìn)行存儲(chǔ)，并像其他基于對(duì)象的數(shù)據(jù)一樣接受管理，以及可直接用來(lái)更新仿真軟件。SOLIDWORKS Flow Simulation 軟件具有這些功能，并使用設(shè)計(jì)配置等 SOLIDWORKS 特有的參數(shù)功能來(lái)支持與多個(gè)設(shè)計(jì)變型的鏈接。這種方法讓系統(tǒng)能夠自動(dòng)且經(jīng)濟(jì)高效的對(duì)大量設(shè)計(jì)變量進(jìn)行仿真，還能跟蹤仿真結(jié)果屬于哪個(gè)模型。

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