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AICFD — 智能热流体仿真软件

芬兰超级联赛AICFD是由南京芬兰超级联赛軟件有限公司自主研發的一套通用的智能熱流體仿真軟件,它實現對流動及傳熱的快速智能仿真。其功能可分爲模型導入、網格自動快速生成、快速仿真、結果可視化和後處理、智能加速五大部分,涵蓋了從幾何模型到仿真結果的完整仿真分析流程。通過現代化的圖形界面結合數值仿真和智能加速算法,AICFD向用戶提供了易用的智能熱流體仿真功能。AICFD作爲一款通用的熱流體仿真軟件,幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程,較大程度地提高産品的開發效率。


功能特色
 


 (1) 一键式仿真

市場上已有的商用仿真軟件絕大多數操作複雜、學習時間長,主要面向仿真人員,而對設計人員並不友好。AICFD提供了圖形化和一體化的仿真流程,用戶只需通過對必要參數的基本設置即可自動完成網格生成、計算、後處理等複雜的一體化仿真流程,對設計人員非常友好。

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圖1 一键式仿真计算流程

(2)面向工業設計的流體仿真功能 

AICFD提供了工業設計中常用的流體仿真功能,流動類型包括單相不可壓縮流動、單相可壓縮流動(支持亞音速、跨音速和超音速流動)、傳熱、多相流等,它支持多區域的流動和傳熱模擬,使得其可應用于複雜工業流動如葉輪機械和換熱器內的流動和傳熱仿真。AICFD提供多種穩健的數值格式和邊界條件以及常用的物理模型,它爲能源動力、船舶海洋、航空航天和汽車等領域的設計人員提供了一個通用的熱流體仿真手段。

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圖2 丰富的流体仿真功能

(3)快速智能仿真和實時仿真

目前商用仿真軟件的仿真時間較長,通常需要幾小時,幾天甚至幾周的時間。AICFD采用人工智能技術等方法加速仿真計算,可以實現秒級仿真,大大提高了仿真效率。對于特定模型的仿真,通過仿真技術和人工智能技術的深度結合實現實時仿真。快速智能仿真和實時仿真方法使得AICFD可作爲設計人員日常使用的智能仿真工具。

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圖3 快速智能仿真和实时仿真

(4)通用性和可擴展性

AICFD作爲一款通用的熱流體仿真軟件,其核心計算模塊的通用性使得它有很寬的應用領域。同時對于專用仿真領域的仿真,通過對其仿真過程的深入分析可進一步優化仿真模塊,從而提高仿真的精度和操作的便捷性。

(5)友好的人機交互界面,跨平台支持

AICFD提供基于客戶端的圖形界面,可滿足複雜重量級的仿真計算需求。同時它支持跨平台,可提供Windows和Linux發行版本。


實際案例 


  (1)旋流分離器

本案例爲旋流分離器,它是一種常見的分離分級設備,采用離心沈降原理去除掉流體中的物質顆粒。該案例涉及的流動爲不可壓流動,流體從進口進入旋流分離器向下回旋至底部,然後向上回旋從出口排出。  

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圖4 旋流分离器的流线圖(颜色表示速度大小)

(2)ONERA M6机翼绕流

本案例中M6機翼是ONERA(法國航空航天研究院)設計的一種機翼模型。該模型在跨聲速條件下進行了一系列風洞試驗,具有豐富的實驗數據。盡管M6機翼幾何外形簡單,但是其涉及的跨聲速流動卻十分複雜,包含局部超音速流動、激波和邊界層分離等。M6機翼繞流具備三維可壓縮流動的典型特征,在機翼上表面會産生“λ”袌Dげǎ虼吮唤洺_x爲CFD軟件的驗證算例。

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 圖5  M6机翼绕流的翼面壓力分布圖

(3)葉輪機械案例

本案例为离心泵案例,旋转速度为1770 rpm,工作介质为水。几何外形如圖6所示:

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圖6 离心泵网格外形

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 圖7 离心泵壓力云圖

(4)汽車案例

本案例为DrivAer乘用车外流场计算,该案例有大量的实验数据可供比较。计算模型为溜背、底部光滑的三厢乘用车外形,如圖8所示。入流速度为30m/s,地面为移动壁面速度为30 m/s,车轮设置为旋转的壁面边界条件,转速为94rad/s。

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圖8 溜背、底部光滑的DrivAer乘用车模型

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圖9 DrivAer壓力雲圖

表1 AICFD计算值与实验值对比

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Reference: 

1. Experimental Comparison of the Aerodynamic Behavior of Fastback and Notchback DrivAer Models. SAE Technical Paper 2014-01-0613, 2014

(5)船舶案例

本案例采用AICFD中的VOF方法对船舶的外流场进行数值仿真,船舶应用领域的示例为Wigley Hull,该案例有大量实验数据可供比较。湍流模型为带有壁面函数的k-omega SST模型,y+变化范围为30到150,Froude数为0.267。

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圖10 Wigley Hull计算网格

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11 船身水面圖 

(6)實時仿真案例

本案例为三维Ahmed Body外流场。以下是尾部倾斜角为25.2°时的结果比较。

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圖12 Ahmed Body网格分布

表2 AICFD结果和某CFD结果的力矩系数、阻力系数和升力系数比较

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表3 AICFD结果和其他CFD结果的中心截面上的物理场的比较

中心截面
AICFD
某CFD
湍流黏度

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速度大小芬兰超级联赛芬兰超级联赛
壓力芬兰超级联赛芬兰超级联赛

该算例的网格数是198633,某CFD计算时间是400秒(4核并行计算1000步,稳态残差1e-4), AICFD的计算时间为0.036秒 。通过AICFD可实现实时仿真。

 

 

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