PTC最新版本3D CAD軟件Creo5.0針對拓?fù)鋬?yōu)化、增材與減材制造、計算流體動力學(xué)和CAM等領(lǐng)域推出了多種關(guān)鍵功能。今天，小編就來給大家科普一下Creo 5.0中的另一關(guān)鍵性功能：計算流體動力學(xué)。

正如您可能聽說過的那樣，Creo 5.0 包含全新的 Creo Flow Analysis 擴展包，這是一個完整的計算流體動力學(xué) (CFD) 的解決方案。對于許多設(shè)計工程師來說，這可能是他們第一次有機會使用可以準(zhǔn)確地查看液體和氣體在 3D CAD 模型內(nèi)部及周圍流動情況的工具。比如想要了解泵閥在實際使用中的內(nèi)部液體或氣體的流動情況，或者希望了解產(chǎn)品的散熱情況。

因此，我們請致力于 CFD 的工程學(xué)教授 Kamran Fouladi 為廣大的設(shè)計師和工程師簡單的介紹一下 CFD，尤其是那些可能不是模擬專家的設(shè)計師和工程師。

CFD 領(lǐng)域已經(jīng)飛速發(fā)展，不再是只有少數(shù)人能夠涉及的領(lǐng)域。2008 年，Kamran教授在 linkedIn 上創(chuàng)建了一個 CFD 小組，當(dāng)時小組一共有 6 個人。今天，這個 linkedIn 小組擁有超過 44,000 名成員！

這對這些公司的設(shè)計工程師意味著什么呢？他們可能仍然需要專家分析師來模擬他們的模型，但他們也可能能夠自己分析模型。

以下對于 CFD 學(xué)科的新手來說是一個很好的著手點：

那么，什么是 CFD 呢？

簡而言之，CFD 是使用計算機對流動運動問題的模擬。更具體地說，它為那些使用計算機和數(shù)值算法來求解的流體流動問題提供了近似解決方案。

請注意，仿真并不是完全不需要物理測試，但仿真確實可以補充物理測試的不足。實際上，CFD 在設(shè)計和分析過程中具有明顯的優(yōu)勢。這是因為工程師可以使用它來查找有關(guān)流場詳細(xì)且全面的信息，并在沒有任何干預(yù)的情況下對其進(jìn)行可視化。在設(shè)計過程中，CFD 是一種進(jìn)行試驗和錯誤實踐的低成本替代方案，并能夠讓設(shè)計人員“假設(shè)”各種情況。

在Creo中利用對模型進(jìn)行CFD模擬



CFD 仿真的三個階段

CFD 仿真過程主要有三個階段：

· 預(yù)處理需要建立一個包含幾何形狀的流動區(qū)域。必須通過排除對流場沒有顯著影響的任何幾何特征來簡化模型。但是，應(yīng)該指出，幾何變化較大時會對模擬的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不利影響。

流動區(qū)域的離散化（網(wǎng)格生成）也發(fā)生在這個預(yù)處理階段。一般來說，這是模擬中耗費精力最大且耗時最長的部分，因為分析師必須努力尋求最佳網(wǎng)格。

在 CFD 仿真中，解決方案的準(zhǔn)確性主要取決于網(wǎng)格點的數(shù)量。通常在高梯度區(qū)域需要的網(wǎng)格點更多。另一方面，網(wǎng)格尺寸越大，計算成本（時間和內(nèi)存）越大。

· 執(zhí)行過程包括設(shè)置求解器和數(shù)字運算。在求解器設(shè)置中，分析人員通過選擇合適的物理和數(shù)值模型（包括材料屬性、域?qū)傩?、邊界條件、初始條件、數(shù)值法和收斂標(biāo)準(zhǔn)）來定義求解器設(shè)置。

· 結(jié)果的后處理能夠?qū)⒘鲌隹梢暬?、概括所需的流動特性以及驗證和確定仿真模型。記錄也是后處理階段的重要組成部分。

最佳實踐

CFD 采用迭代過程來實現(xiàn)收斂解，但收斂解并不總是精確的解。這是因為錯誤和不確定性在仿真過程中不可避免。例如，由于在求得收斂解之前停止運行（收斂誤差），或者使用的網(wǎng)格不足（離散誤差），就可能會出現(xiàn)誤差。

同樣，由于求解器設(shè)置時選擇的不確定性也可能會導(dǎo)致出現(xiàn)不確定性。例如，沒有一個普遍接受的湍流模型能夠適用于所有流動情況和物理條件。此外，模型的準(zhǔn)確性和有效性取決于具體應(yīng)用。


幸運的是，有一些最佳實踐能夠以參考和策略的形式幫助設(shè)計師和分析師進(jìn)行更精確地進(jìn)行模擬。

例如，設(shè)計人員可以使用這某一種最佳實踐來構(gòu)建適當(dāng)?shù)?CFD 仿真模型。這種最佳實踐的原理在于，在并非所有細(xì)節(jié)都已經(jīng)確定時，在早期設(shè)計階段進(jìn)行模擬會帶來巨大的好處。

雖然的確不能遺漏重要的幾何細(xì)節(jié)，但早期的模擬不需要面面俱到。此外，通過這項早期工作還能夠找到合理的方法來處理熱流體問題。

對于復(fù)雜一些的問題，設(shè)計師應(yīng)盡早建立概念模型，首先解決簡單的問題，然后繼續(xù)解決更復(fù)雜的問題，這一點非常重要。更具體地說，他們應(yīng)該在大小合適的地方應(yīng)用 CFD 并在模擬成功基礎(chǔ)上繼續(xù)拓展。

要點總結(jié)

CFD 是一個重要的模擬工具，但對于新用戶來說，并非十分容易上手。也就是說，一些最佳實踐可以幫助這些新手管理錯誤和不確定性并進(jìn)行可靠的分析。

隨著過去 10 - 20 年模擬技術(shù)的進(jìn)步及其應(yīng)用的推廣，CFD 已經(jīng)為成為一個真正的設(shè)計工具作好了準(zhǔn)備。

“Creo Flow Analysis”擴展功能是一個計算流體動力學(xué)(CFD)的解決方案，能讓設(shè)計人員、工程師和分析人員直接在Creo中模擬流體流動問題。CAD和CFD之間的無縫工作流程能讓用戶盡早整合分析，并了解產(chǎn)品的功能與性能。該軟件專為設(shè)計工程師而設(shè)計，易于使用，直接集成到Creo中，高度準(zhǔn)確，并能快速提供結(jié)果。