CFD 軟件新設想

當今的并行工程方法往往要求做出可能影響到設計細節的重要決策之前，對一個(gè)新設計的可行性和性能進(jìn)行預測。仿真在這類(lèi)產(chǎn)品的設計中扮演著(zhù)重要的角色。

　　通過(guò)在整個(gè)數位設計和生產(chǎn)過(guò)程中重復使用同一復雜三維數據來(lái)加速并行工程設計，這一渴望正是“產(chǎn)品生命周期管理”(PLM)概念的源頭。達到這一目標的一個(gè)基本步驟就是將分析和仿真結果 —— 這些結果描述運行模式、構造性能、流體流動(dòng)/熱量情況等 —— 集成到主流結構設計流程中。當今的并行工程方法往往要求做出可能影響到設計細節的重要決策之前，對一個(gè)新設計的可行性和性能進(jìn)行預測。仿真在這類(lèi)產(chǎn)品的設計中扮演著(zhù)重要的角色。

　　動(dòng)力和構造分析在主流機械設計 (MCAD) 軟件中已集成得相當不錯。然而，著(zhù)名Navier-Stokes 方程所描述的流體流動(dòng)和熱量傳遞過(guò)程極度復雜且非線(xiàn)性，所以，相比描述機械應力和固體應變的方程，它在數值求解方面更為困難。這個(gè)原因一定程度上導致了一些研發(fā)CFD 軟件的公司將更多的精力花在提高數值算法上，而不是針對主流機械設計環(huán)境的集成。很多商用CFD 公司聲明，已經(jīng)集成到了主流機械設計軟件中，然而，那只是貌似“緊密集成”，實(shí)際上，仍有許多問(wèn)題函待解決，也并不能滿(mǎn)足無(wú)縫集成的并行工程的需求。

　　一個(gè)新方法…

　　市場(chǎng)需要一個(gè)解決流體流動(dòng)仿真的新方法，它為市場(chǎng)提供無(wú)縫集成于主流設計環(huán)境，且高性?xún)r(jià)比、過(guò)程導向的CFD 軟件。設計周期中，每一次模型改變的時(shí)候都能獲取仿真結果 —— 只有這樣，仿真才能在決策與優(yōu)化中起到重要作用。那么，滿(mǎn)足這個(gè)雄心勃勃目標的CFD 軟件，應該具備怎樣的特征及技術(shù)條件?

　　首先，也是最具決定性的一點(diǎn)，CFD 軟件必須直接使用主流MCAD 軟件提供的三維CAD 數據，只有這樣，它才能與設計過(guò)程中的每一變化同步。大多數CFD軟件 —— 包括那些宣稱(chēng)已經(jīng)與MCAD集成的軟件 —— 實(shí)質(zhì)上需要復制三維模型，轉化成中介格式如Parasolid 或ACIS，然后添加邊界條件，以此創(chuàng )建出用于流體流動(dòng)分析的模型。因為復制和導入模型在主流機械設計環(huán)境和分析環(huán)境中產(chǎn)生了分離，這些方法存在明顯缺陷，并且無(wú)法提供無(wú)縫的流體分析。

　　第二，CFD 軟件必須要有和主流機械分析(MCAD)軟件一樣的“相貌和感覺(jué)”，并共用同樣的特征目錄等，這樣用戶(hù)無(wú)需為使用CFD 軟件而專(zhuān)門(mén)學(xué)習一種新的操作環(huán)境，也讓用戶(hù)能專(zhuān)注于解決物理問(wèn)題。然而，當今的商業(yè)CFD 軟件很少能滿(mǎn)足這一點(diǎn)。在不同MCAD 軟件中無(wú)縫集成所需的成本和所面臨的難度使得大多數的軟件商選擇了模型導入方案。

　　第三，很多CFD 工具導入固體模型時(shí)的典型問(wèn)題是對于應該使用流體流動(dòng)分析模式的流體區域，在原始的MCAD 模型中并不存在一種離散的“對象”。大多數CFD 軟件處理這類(lèi)問(wèn)題的標準方法是定義和分離MCAD 模型中的所有空穴區域，然后在特征目錄中將他們添加為虛擬的對象，然后劃網(wǎng)格。這種方法沒(méi)有也不能提供無(wú)縫的流體分析，因為數據的連貫性被破壞，與原始CAD 數據一對一的聯(lián)系也無(wú)法保持。

　　CFD 的一個(gè)新分支，即大家所熟知的工程流體力學(xué)(EFD)專(zhuān)為克服此處所描述的問(wèn)題而打造。

　　FloEFD 的應用：FloEFDPro —— 無(wú)縫集成在Pro/ENGINEER Wildfire，是Pro/TOOLKIT 的一個(gè)應用。FloEFDPro 有和 Pro/ENGINEER 一樣的“相貌和感覺(jué)”，并共用同樣的特征目錄和幾何模型……

　　FloEFD 的應用：FloEFDV5 —— 無(wú)縫集成在CATIA V5 中，是Workbench 的一個(gè)應用。FloEFDV5 有和 CATIA V5 一樣的“相貌和感覺(jué)”……