AICFD — 智能热流体仿真软件

图标.pngAICFD是由南京天洑软件有限公司自主研发的一套通用的智能热流体仿真软件,它实现对流动及传热的快速智能仿真。其功能可分为模型导入、网格自动快速生成、快速仿真、结果可视化和后处理、智能加速五大部分,涵盖了从几何模型到仿真结果的完整仿真分析流程。通过现代化的图形界面结合数值仿真和智能加速算法,AICFD向用户提供了易用的智能热流体仿真功能。AICFD作为一款通用的热流体仿真软件,帮助工业企业建立设计、仿真和优化相结合的一体化流程,较大程度地提高产品的开发效率。


功能特色
 

 (1) 一键式仿真

市场上已有的商用仿真软件绝大多数操作复杂、学习时间长,主要面向仿真人员,而对设计人员并不友好。AICFD提供了图形化和一体化的仿真流程,用户只需通过对必要参数的基本设置即可自动完成网格生成、计算、后处理等复杂的一体化仿真流程,对设计人员非常友好。

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图1 一键式仿真计算流程

(2)面向工业设计的流体仿真功能 

AICFD提供了工业设计中常用的流体仿真功能,流动类型包括单相不可压缩流动、单相可压缩流动(支持亚音速、跨音速和超音速流动)、传热、多相流等,它支持多区域的流动和传热模拟,使得其可应用于复杂工业流动如叶轮机械和换热器内的流动和传热仿真。AICFD提供多种稳健的数值格式和边界条件以及常用的物理模型,它为能源动力、船舶海洋、航空航天和汽车等领域的设计人员提供了一个通用的热流体仿真手段。

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图2 丰富的流体仿真功能

(3)快速智能仿真和实时仿真

目前商用仿真软件的仿真时间较长,通常需要几小时,几天甚至几周的时间。AICFD采用人工智能技术等方法加速仿真计算,可以实现秒级仿真,大大提高了仿真效率。对于特定模型的仿真,通过仿真技术和人工智能技术的深度结合实现实时仿真。快速智能仿真和实时仿真方法使得AICFD可作为设计人员日常使用的智能仿真工具。

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图3 快速智能仿真和实时仿真

(4)通用性和可扩展性

AICFD作为一款通用的热流体仿真软件,其核心计算模块的通用性使得它有很宽的应用领域。同时对于专用仿真领域的仿真,通过对其仿真过程的深入分析可进一步优化仿真模块,从而提高仿真的精度和操作的便捷性。

(5)友好的人机交互界面,跨平台支持

AICFD提供基于客户端的图形界面,可满足复杂重量级的仿真计算需求。同时它支持跨平台,可提供Windows和Linux发行版本。


实际案例 


  (1)旋流分离器

本案例为旋流分离器,它是一种常见的分离分级设备,采用离心沉降原理去除掉流体中的物质颗粒。该案例涉及的流动为不可压流动,流体从进口进入旋流分离器向下回旋至底部,然后向上回旋从出口排出。  

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图4 旋流分离器的流线图(颜色表示速度大小)

(2)ONERA M6机翼绕流

本案例中M6机翼是ONERA(法国航空航天研究院)设计的一种机翼模型。该模型在跨声速条件下进行了一系列风洞试验,具有丰富的实验数据。尽管M6机翼几何外形简单,但是其涉及的跨声速流动却十分复杂,包含局部超音速流动、激波和边界层分离等。M6机翼绕流具备三维可压缩流动的典型特征,在机翼上表面会产生“λ”型激波,因此被经常选为CFD软件的验证算例。

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 图5  M6机翼绕流的翼面压力分布图

(3)叶轮机械案例

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

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图6 离心泵网格外形

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 图7 离心泵压力云图

(4)汽车案例

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,如图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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图8 溜背、底部光滑的DrivAer乘用车模型

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图9 DrivAer压力云图

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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图10 Wigley Hull计算网格

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11 船身水面图 

(6)实时仿真案例

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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图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

图14-1.png

图14-2.png
速度大小图15-1.png图15-2.png
压力图16-1.png图16-2.png

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。