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Simerics 是用于流体机械和系统虚拟仿真的 CFD(计算流体力学)软件,由美国Simerics Inc.公司开发,目前提供两大先进CFD 软件工具:

Simerics-MP 全领域流体应用仿真软件

Simerics-MP 作为一个通用的CFD仿真软件,集核心CFD仿真功能与丰富物理模型于一体,可解决各类流体应用问题,可对包括单/多相流、湍流、空化、传热、传质、颗粒流与热固耦合等在内的多个物理过程进行准确高效的数值模拟。

Simerics-MP+ 高级行业应用仿真软件

作为Simerics-MP的更高级版本,Simerics-MP+ 不仅具备Simerics-MP的全部功能,同时还可细分为包括船舶、汽车、叶轮机械、容积式机械、阀门以及流体系统等在内的多个专业版本,可针对不同的领域分析特点准确高效的完成网格划分、模型设置计算以及后处理等工作。
 

具体可细分为如下版本:
Simerics-MP+ for Marine:针对船舶领域应用
Simerics-MP+ for Vehicle:针对汽车领域应用
Simerics-MP+ for Turbo:针对叶轮机械领域应用
Simerics-MP+ for PD:针对容积泵领域应用
Simerics-MP+ for Valves:针对阀门领域应用
Simerics-MP+ for Systems:针对系统仿真领域应用

此外,Simerics可以与 CAD 软件进行整合,将 Simerics 先进的 CFD 仿真分析功能嵌入到参数化 CAD 工具中,从而开发出了相应的软件产品,例如:
Orca 3D Marine CFD:与船舶领域专业设计软件 Orca 3D 进行整合;
Cero Flow Analysis:与 PTC 公司设计软件 Cero 进行整合;
Simerics MP for Solidworks:与达索公司设计软件 Solidworks 进行整合。

 

Simerics-MP/MP+技术优势

1完备的流动传热求解功能

Simerics-MP求解器利用RANS有限体积方法求解包括可压流/不可压流、层流/湍流、内流/外流、稳态/瞬态等在内的各种流动问题,可求解从蠕动流至超声速流问题,同样也可求解非牛顿流体以及真实气体等可变属性的流体问题。

Simerics-MP还可求解热传导、对流、热辐射、以及流/固材料间的共轭传热问题,适用于强制对流或自由流自然对流的模拟。Simerics-MP的面对面S2S热辐射模型可以高效求解辐射传热,即使是带有大量辐射面的模型也可快速处理。

 

2 稳健精确的多相流技术

  • 全空化模型

Simerics拥有工业界独一无二的空化(汽蚀)模型,该模型基于A shok.Singhal和Jiang Yu等人提出的全空化模型。全空化模型是基于两相流的模型思想,用Rayleigh-plesset方程求解气泡变化的动态过程,引入了混合密度的概念,并综合考虑了液体的可压缩性以及蒸汽的蒸发和凝结过程。对于非凝结气,PumpLinx也提供了不同的子模型供用户选择,如固定气体质量分数、可变气体质量分数、平衡态气体溶解,挥发模型、有限速率气体溶解,挥发模型等。

Simerics空化模型的特别之处在于对特别复杂的问题,在其它软件都失败的情况下,Simerics依然收敛。除此之外,该空化模型不但能准确地预测汽蚀对效率的影响,还可以准确地预测汽蚀损害可能发生的位置,当空化效应不可忽略时,这一能力对于许多问题都是很重要的。

 
  • VOF多相流模型

 Simerics软件VOF多相流数值模型已成功应用于齿轮箱油液润滑,油泵自吸,溢流堰流场仿真,溃坝以及搅拌器内流场仿真等验证等,其技术特点如下:

严格遵守质量守恒及不可压缩项的体积守恒;
可考虑任意项的可压/不可压特性;
可采用隐式或显式时间格式;
具有高分辨率的交互面捕捉方法;
内置表面张力模型和壁面接触模型;
求解快速,同一模型较同类软件至少快5倍以上;
具有良好的收敛性和稳定性。

3 先进的网格生成技术

Simerics网格生成器采用专有的几何等角自适应二叉树算法(geometry Conformal Adaptative Binary-tree,简称CAB算法)。CAB算法在由封闭表面构成的流体域内生成笛卡尔网格。在靠近几何边界,CAB通过求交、切割等方法调整网格,以适应几何特征中的曲线和曲面。为了适应关键性的几何特征,CAB通过不断的分裂网格来自动的调整网格大小,这是利用最小的网格分辨细节特征的最有效方法。对于结构复杂的几何模型来说,这种基于CAB算法的笛卡尔网格尤其适合,即可以保证网格的精度,又极大地控制了网格的数量。
 


贴体结构化网格(75万)VS Simerics 二叉树网格(39万)

Simerics网格技术特点:

1)自动、快速的网格生成
用户选择一组封闭表面,点击一个按钮,网格完全自动的生成。对于大多数工程问题,可以在几分钟之内完成网格划分。
 
2)精确的表达原始几何
创建与曲面形状相匹配的网格,可以保证准确表达重要几何特征。CAB算法也可以自动的增加网格密度来更好的分辨几何特征,用户可以直接设置曲面的网格密度来直接控制网格质量。

3)高质量/高效率的网格
CAB通常生成更适合于高精度算法的笛卡尔六面体网格。对于同样的精度水平,与四面体网格相比数量更少。与传统的贴体结构化网格相比,笛卡尔网格也可用较少的网格数量达到相同的精度。下图展示了贴体结构化网格和Simerics中笛卡尔网格在对离心泵进行CFD模拟时的结果对比。其中,左侧贴体网格数量约为75万,右侧笛卡尔网格约为39万。
 
4)更能够容忍CAD曲面上的小孔和缝隙
许多CAD曲面并不是完全贴合,Simerics的网格填充技术对于CAD曲面中的微小间隙的网格填充非常成功,从而减少了网格划分之前进行几何修整的工作量。

4 先进的动/静流体区域模拟

       CFD模拟中经常会遇到运动(旋转或平移)部件,如:泵、风机、螺旋桨、液压缸等流体机械。要准确的模拟该类问题,需要对流体控制方程、计算网格等进行相应的处理。而且根据需要,还要考虑采用准静态或是瞬态模拟,难度较大。

       Simerics结合先进的动网格技术,可以方便的将流体区域设置为旋转、平移等类型。MGI(Mismatched Gird Interface)技术对不同流体区域(如:转/静区域)的边界设置为一对交界面(interface),这种处理方式操作简便、计算精确、速度快且具有很好的稳定性,各流体变量完全自动地、隐式地在移动表面上通过。
 

5 高效的同步CFD分析功能

       Simerics软件可无缝集成在SolidWorks、 Creo等主流CAD环境中,所有设计-仿真-结果-改进设计过程都在CAD环境中完成。针对改进的产品设计,可一键式更新CFD模型,无需重复抽取流体域、网格划分等操作,效率极高。

6 高效的求解器

       Simerics求解器是在传统的CFD求解器基础上进行开发和改进,将其最新的数值技术与Simerics专有算法相结合,建立了一个比其它竞争对手更快速、更稳健的数值模拟工具。一般来说,在同等计算条件下,Simerics计算速度比同类软件快5倍左右。

       同时Simerics具备8/32/128/256及以上核数的并行版本,并行效率基本随并行核数线性增加,最大限度的使用了计算资源,强大的并行计算功能可协助用户快速进行复杂模型乃至系统级模型的CFD分析工作。

7 Simerics完备的后处理分析技术

       Simerics作为新一代热流体仿真工具,其界面友好性强,易于操作,且后处理功能完备。Simerics在进行求解计算时可实时查看流场计算的各种结果,如压力、速度、空化、温度及等的分布,以及流线动态变化、颗粒追踪轨迹等。同时在计算过程中,Simerics也可实时定义监测点或截面变量,预测压力波动、空化、速度矢量、等值面、流线图等。
此外,Simerics还可以在一个界面下建立多个监测窗口,实时查看各监测窗口数据。Simerics动画制作便捷,可制作任意视角的动画效果,观察分析物体内部的流动状态。


Simerics-MP: 全领域流体应用仿真软件

Simerics-MP是在最新软件体系结构基础上结合Simerics专有的数值算法和物理模型开发的,具备核心的三维 CFD 计算能力和物理模型,能够精确仿真各类流体应用问题,包括:单相流/多相流,湍流,空化/气化,热交换/质量传递,颗粒,流固耦合及多组分混合等。

Simerics-MP 内部嵌入了最完整的物理模型,能够实现流体模型的快速生成、仿真及精确预测。

在基于 MPI(多机分布式)并行的情况下,Simerics-MP还可达到更高的求解速度。

同时,Simerics-MP还能实现在微观尺度建立并反映复杂模型的细节。


Simerics-MP 流体流动模拟

利用有限体积方法求解包括可压流/不可压流、层流/湍流、内流/外流、稳态/瞬态等在内的各种流动问题,可求解的流速从蠕动流直至超声速流,同样也可求解非牛顿流体以及真实气体等可变属性的流体问题。
 

Simerics-MP Multiphase多相流分析功能

利用具有高精度液面捕捉算法的VOF可求解具有明显自由液面的多相流流动与传热问题,其隐式/显式算法均具有求解快速、高鲁棒性的特点,确保计算获得的自由液面清晰,各相流体的质量/体积精确守恒。Simerics-MP的多相流分析功能特点如下:

1. 全面的物理模型(传热、表面张力、接触角)
2. 精确的预测结果(精确的质量/体积/能量守恒)
3.快速求解(快速收敛、快速获得计算结果、结果精确)
4. 高鲁棒性(适用于复杂问题的多相流模拟,如螺杆压缩机的喷油模拟,液环泵的液环捕捉、齿轮甩油等)

 


VOF多相流模型应用

 

Simerics-MP高度自适应的网格建模功能

内置的通用网格生成器可直接利用CAD面自动生成高质量的贴体网格,无需CAD修复工作。默认的网格参数即可生成高质量网格,用户也可自定义细化网格。

Simerics-MP 全空化数值模型

Simerics-MP空化与充气模型综合考虑了液体汽化、非凝结性气体和液体可压缩性等因素对数值计算的影响,对于不可凝气体的挥发与溶解同样可以考虑,同时Simerics-MP的全空化数值模型具有收敛性好、稳定性高的特点。一般情况下,用户几乎不用做任何调试即可获得收敛稳定解。


空化/气化应用

 

Simerics-MP 热分析模型

可求解热传导、对流、热辐射、以及流/固材料之间的共轭传热问题,适用于强制对流或自然对流的模拟。Simerics-MP的S2S热辐射模型可以高效求解辐射传热,即使是带有大量辐射面的模型也可快速处理。

 

热传导及辐射应用


Simerics-MP+:高级行业应用仿真软件

Simerics-MP+ 在具备了Simerics-MP 所有功能的基础上,增加了许多高级应用模块,包括:一体化设置流程、针对运动部件的自动网格生成和网格再划分以及数据自定义等功能。同时,Simerics-MP+ 的所有模块都包含了各类特定的仿真模板,能够覆盖各领域的专业问题。各个模块如下所示:
Simerics-MP+ for Marine:针对船舶领域应用
Simerics-MP+ for Vehicle:针对汽车领域应用
Simerics-MP+ for Turbo:针对叶轮机械应用
Simerics-MP+ for PD:针对容积泵领域应用
Simerics-MP+ for Valves:针对阀门领域应用
Simerics-MP+ for Systems:针对系统仿真领域应用
 

Simerics-MP+ for Marine 

可对船体设计、摩阻/波阻、有效马力、推进速度/加速度、船体浮沉运动、以及船舶操纵/适航/推进系统等进行精确模拟并提供有效的性能预测。可应用于排水式船体、滑行式船体、高速多体船、船用螺旋桨、喷水推进器、与 Orca 3D 的整合。

功能特点:

网格生成模板化,一键式网格生成,自动多区块网格加密。
模型设置模板化,包括对自由度模型(俯仰和沉降)、非惯性坐标系以及动网格的处理等。超快的建模能力,2mins内完成网格建模,5mins完成模型设置。结合船型设计软件还可实现一键式设计-仿真的过程实现。
精确的计算结果,多个船型数据的结果验证。
丰富的物理模型,可进行不同应用的模拟。
 

Simerics-MP+ for Vehicle

可精确模拟车辆发动机前舱通风及整车热管理分析,还可模拟包括油箱晃荡/填充、充气排水、涉水能力、挡风玻璃除冰等多方面的数值模拟问题。Simerics-MP+结合了最新的CFD架构与Simerics公司特有的算法和物理模型,帮助客户快速获得计算结果。

整车系统:
外部流场分析:包括前端流,空气动力学特性和表面压力等
挡风玻璃除冰效果预测
整车热管理系统分析
车辆涉水及排水分析
油箱晃动及填充效果预测


动力总成系统:

三维发动机燃油系统及部件分析
三维发动机润滑系统及部件分析:包括滑油自吸现象模拟等
三维发动机冷却系统及部件分析:包括喷油冷却等
三维电池冷却系统及部件分析
三维传动系统及部件分析:包括液力变矩器,变速箱,轴承 系统等
 
功能特点:
网格生成模板化,一键式网格生成,自动多区块网格加密。
模型设置模板化,包括多孔介质,风扇模型设置,边界条件的自动设置等。
超快的建模能力,可节约3/4的建模时间。
精确的计算结果,多个车型的试验验证。

Simerics-MP+ Turbo 

可对包括轴向/混流/离心式压缩机、泵、马达、涡轮机以及连接/关闭装置等在内的叶轮机械进行精确模拟并提供有效的性能预测。Simerics-MP+特有的全空化模型综合考虑汽化、非凝结气体和液体可压缩性等因素,模拟更精确,可有效预测压力脉动、汽蚀损害及其他性能参数。

功能特点:
高度自适应的网格生成能力
模板式自动动网格设置
稳定而精确的全空化数值模型
高效的求解能力

多级泵模拟


液力变矩器模拟


Simerics-MP+ for PD

可对容积式压缩机、泵、马达及相关系统等进行精确模拟并提供有效的性能预测。Simerics-MP+特有的全空化模型综合考虑汽化、非凝结气体和液体可压缩性等因素,模拟更精确,可有效预测压力脉动、汽蚀损害及其他性能参数。

功能特点:

模板式变形区结构网格生成
模板式自动动网格设置
稳定而精确的全空化数值模型
高效的求解能力

Simerics-MP+ for Valves

可对各种阀门及相关系统进行精确模拟并提供有效的性能预测。Simerics-MP+可基于阀门几何、物理属性、弹簧参数和周围液压等精确计算阀门的动态特性。Simerics-MP+特有的全空化模型综合考虑汽化、非凝结气体和液体可压缩性等因素,模拟更精确,可有效预测压力脉动、汽蚀损害及其他性能参数。
 

功能特点
自动化变形区网格生成
模板式自由度模型创建
模板式动网格自动设置
稳定而精确的全空化数值模型
高效的求解能力

Simerics-MP+ for System

Simerics-MP+ for Systems是三维计算流体动力学(CFD)工具,结合了Simerics-MP、Simerics-MP+ for Turbo(叶轮机械模块)、Simerics-MP+ for Valve(阀门模块)和 Simerics-MP+ for PD(容积泵模块)的所有功能,可对复杂的流体系统进行仿真,具有无与伦比的仿真速度与精度。

 

核心优势

精准的预测结果
在整个运行范围内,Simerics-MP+ for Systems的仿真预测结果与物理硬件测试结果始终保持5%以内误差。

 优越的空化/气化模块
Simerics-MP+ for Systems可以独立有效地阐释非冷凝气体和空化蒸汽的形成、运输及其效应,而不是通过集总的压缩方法。

 快速求解
Simerics-MP+ for Systems已被多次证明比其它商业代码求解快速,并且支持更复杂的模拟。

 鲁棒性
Simerics-MP+ for Systems能够收敛极其复杂的问题,包括具有微观特征或严重空化的问题。

 易操作
借助于模板、自动网格生成及可用于设置、模拟及后处理的单个GUI,只需不到30分钟就可以创建组件。

 

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