FloEFD整理.docx

FloEFD简介
FloEFD软件是专门为设计工程师编写的计算流体力学程序。
FloEFD在模型转化、模型处理以及网格、收敛分析步骤中的独特技术，能极大地简化工程师的工作压力，缩短工程师工作时间。
同时，FLoEFD不同于传统的CFD软件，它对于使用的CFD专业背景要求并不高，网格划分等一些复杂过程可以自动完成，机械和设计工程师在经过短短的培训后可以迅速上手。
目前，FloEFD已经得到航天航空行业、照明行业，消费电子行业，汽车电子行业客户的广泛认可。
利用FloEFD软件，可以解决以下问题：优化车载舱内空调送回风口的位置、优化空调送风风量和温度、优化电子元器件等各个部件的空间分布和大小等。通过车载舱内环境热分析，评估电子设备机箱、机柜以及舱内等热流场问题，降低车辆运行中可能出现设备过热和超出工作人员生存环境的风险。
应用范围：同步CFD软件FLoEFD能解决诸如以下的各类问题：
1)压降预测。对生活中大量广泛的产品（如阀门、喷嘴、过滤器和控制设备等）检查和优化压力以及一系列和压力相关的参数；
2)流场分析。检测和优化物体内和周围的复杂流动。优化诸如机箱、车室、建筑物、抽油烟机、吸尘器、无尘室以及空气处理装置等内外气体和液体的交互作用。
3)传热分析。发生在实际生活中很多产品包括烤箱、换热器、钻头等上的温度场可视化。分析复杂物理流程，如流体间、流体与周围固体材料间发生的热传导、对流、耦合热交换以及辐射等热交换情况。
4)应力预测。检查阀门的工作盈利，流动引起的应力的载荷和热应力分析的温度引起变形。
5)混合过程。探讨可视化流体和气体混合物流动，决定洗衣机、洗碗机、厨房设备、卫浴设备甚至燃料电池内的最优混合流动。
6)电子散热。在产品造型阶段就使用FLoEFD，能帮助公司更快的设计出更好的更可靠的产品，因为FloEFD解决了设计工程师每天面对的挑战，如PCB的热设计、散热器设计、封装结温、壳温以及气流优化。
FloEFD全面的仿真能力
l 外流/内流
l 多流域（拥有独自流体参数）
l 不可压缩/可压缩气体粘性流动包括亚音速，跨音速，超音速和超高音速(5-30)
l 自动层流/湍流包括过渡求解
l 多组分模型（可达十种不相关组分）
l 非牛顿流体（多种材料模型,温度相关性）
l 蒸汽模型
l 相对湿度模型
l 空化模型
l 气相燃烧模型
l 壁面粗糙度模型
l 多旋转部件（转子–静子），考虑离心力和科氏力
l 多孔介质模型
l 耦合换热（流体-固体）,导热与对流
l 强迫对流/自然对流/混合对流
l 面-面辐射/太阳辐射/环境辐射
l 时间相关流动,传热/传质分析
l 带风扇/散热器的换热器简化模型
l 热管、多孔板、双热阻、PCB板、焦耳热、TEC、风扇等简化模型/众多专业厂家产品性能库以及电子散热分析专用材料库
FLoEFD核心优势——七大关键技术
1）DC3——Direct CAD-to-CFD Conception(与CAD软件的完美接口)
直接应用CAD模型，自动区分固体区域；
自动区分固体之外的流体区域，自动判定内部流动和外部流动。
2）RAM——Rectangular Adaptive Mesh（笛卡尔自适应网格）
自动进行固体和流体区域的网格划分，并且根据几何模型和/或求解自适应要求自动细化/粗化网格；
完全支持人工网格控制。
3）MWF——Modified Wall Functions（修正的壁面函数）
应用部分单元技术，壁面处理与网格无关；
物理上修正的流动与换热边界层模拟
4）LTTM——Laminar-Transitional-Turbulent Modeling（强大的层流-过渡-湍流模拟能力）
自动应用与网格无关的的修正壁面函数进行层流与湍流的模拟；
自动判定层流区,过渡区，湍流区，无需指定流动特征
5）ACC——Automatic Convergence Control(自动收敛控制)
采用Cutting-edge数值方法和多重网格技术
健壮的收敛性，求解可靠
一次求解成功，无数值假扩散
6）DVA–Design Variants Analysis（变量设计分析）
支持“What-If”分析的特征克隆技术，无需对模型进行任何进一步的定义。
允许对产品设计进行变量模拟，可用于产品设计中最优变量的确定
完全支持产品配置(Product Configuration)概念
支持多CPU计算，支持批处理求解
7）EUI-Engineering User Interface(工程化的用户界面)
易于使用的用户界面
工程化的参数定义语言
基于特征的建模
动态可视后处理功能
带有工程数据库，可直接调用许多工程材料等数据，包括风扇性能曲线等。
MSOffice后处理报表使用风格同CAD软件，易于学习
支持将结果文件导入主流EFA分析软件中。
FLoEFD核心技术——丰富数据库
明导公司的Mechanical Analysis 部门领导协助完成大量电子器件热模型方法的研发。这些方法中，有些已经成为 JEDEC JC15 组织推广的国际标准。并将这些
电子器件热模型集成到FloEFD软件。电子热模型如下：
热管、多孔板、双热阻、PCB 板、焦耳热、TEC 等电子冷却专用模板；双热阻、TEC 、风扇等众多专业厂家产品性能库以及电子冷却分析专用材料库。
FLoEFD核心技术——HVAC
传热学、流体力学是HVAC基本理论基础，它的研究和发展方向是为人类提供更加舒适的工作和生活环境。
FloEFD具有专门的HVAC模块，可以非常方便的研究环境的热舒适性。
均匀性
热感觉平均标度预测值(PMV)
预计不满意者的百分数(PPD)
舒适性
平均辐射温度(MRT)
空气分布特性指标(ADPI)
当地空气龄(LMA)
当地空气变化(LACI)
操作温度(OT)
吹风温度(DT)
气流角
环保性
污染物逃逸效率(CRE)
当地空气品质(LAQI)
FloEFD与传统CFD、前端CFD的工作流程比较
（1）传统CFD，如CAD+Gambit+Fluent
在传统CFD中，首先要将模型从CAD系统导出，导出的模型再导入到用户的CFD工具中，然后进行网格划分，求解，结果后处理以及将报告返回给设计团队。
CFD分析部分的工作通常是由专门的分析团队完成，或者外包，因此设计团队必须清楚说明需要解决的问题。当拿到结果报告后，实质上所分析的模型已经“过时”，因为随着设计工作的推进，设计不断更新，因此这就造成了结果总不能及时与设计相匹配。
（2）前端 CFD ，如ANASYS12.0+CAD，可以在CAD点击快捷键打开ANSYS
前端CFD试图通过CAD和CFD工具之间更为合理的界面来缓解上述设计师面临的难题。它带来了更为简洁的模型导入，但是CFD分析工作仍是在CAD系统之外进行。CAD和CFD工具之间频繁的模型导入可导致信息的减损。
（3）同步CFD的工作流程，FloEFD与CAD无缝集成，也可称之为同步CFD
同步CFD工作流程完全不一样。它无缝集成在MCAD环境中，所以分析工作是在MCAD环境中完成。尽管将CFD无缝集成到CAD工具中要求高难度技术，然而它却能输送非凡的效益。为取得最佳产品质量必须不断更改设计，所有设计更改直接在CAD模型上完成，因此保证设计和CFD分析总是同步。
FloEFD缩短流体力学仿真时间
FloEFD与CAD无缝集成，也可称之为同步CFD。
同步计算流体力学(CFD)是一项突破性技术，使得设计工程师能在整个产品生命周期，在他们熟悉的MCAD界面下，执行前端和同步CFD分析，从而缩短设计时间，与传统方法和产品相比，缩短时间以数量级计。与传统CFD工具相比，同步CFD能缩短高达65-75%的时间，方便用户优化产品性能和可靠性，同时减少实验样品和研发成本，消除由交货期或产品质量问题引起的损失。
进一步分析CFD流程，可看到分析过程中的多个步骤。传统和前端CFD中，需要将模型从CAD系统中导出，再导入到CFD工具中，并进行模型处理，使实体模型适合分析之用。当有任何设计更改发生时，如果为了保证设计和分析的同步，这些步骤就必须重复。
通常，这个方法要求分析的流体区域是密闭空间。在CAD术语中，这是指修复几何模型，使得模型缝合起来，CFD分析中通常称为“模型处理”。这是CFD分析必然要求的步骤，因此三个方法都包含此步骤。
这些系统要求建立一个空间体，以代表流体区域。大多数传统CFD网格工具在固体模型上划分网格，因此它们要求提供固体模型。然而，CFD仿真求解的是流体区域，这就必须在CAD系统里面用一个大的实体通过布尔操作分割出额外的一个体来。通常这些操作在CAD系统里面完成，反向得到流体区域，然后转入CFD系统进行网格划分。
然而，同步CFD却是不同的工作方法。用来做CFD分析的模型是原始的CAD模型。这意味着不需要模型转换步骤，设计工程师也从未离开CAD系统。
因此，同步CFD不需要“模型转换”或“定义流体区域”步骤。网格生成的步骤仍需要，但它所需要的时间仅数分钟，而不是来回反复消耗数小时。同步CFD提供的另一优势没有体现在图表中。当设计工程师自己操作设计分析后，他们自然很快领会如何在CAD工具中建立适合分析的模型，消除“模型处理”步骤，因此节省的时间比图表显示的还要多。
FloEFD典型应用案例
FloEFD在汽车行业的应用
汽车上许多与流动相关的部件都需要进行流动性能分析，包括发动机冷却系统、车内空调系统、进排气系统、泵油系统以及车身外型设计等等，FloEFD被Delphi、TRW、Eaton、Ford、ContinentalTeves、DAFTrucks、HaldexBreak、Daimler、Chrysler、Volkswagen、Suzuki等众多的著名汽车/汽车零部件生产厂家所采用。
“汽化器流动、评估汽车雨刷的动力学性能、引擎进气系统流动性能（Hitachi）、评估汽车的气动性能、发动机的入口流动、乘客舒适度分析、热交换器流场”。
FloEFD在军工/航空航天的应用
FloEFD经过多年的推广应用，其各种业内无法比拟的关键技术得到各层用户（学术/企业）的高度认可，其精度也得到了要求甚为严格的军工企业的验证。Bell Helicopter、Dassault Falcon Jet、Lockheed Martin、Navy Research Lab、US Army、Bayern Chemie、Lufthansa、NASA太空总署等都是EFD的忠实用户。
“某导弹气动特性分析、某导弹用冲压喷气发动机分析、某航天航空用液轮片流场、某飞机外流场分析”
FloEFD 在机械行业的应用
CAE 技术在传统机械行业的应用已经日益广泛，FloEFD与CAD工具紧密集成的特征不改变传统机械工程师的CAD工作环境，而且简单易用，非常容易得到机械工程师所认可和采用，获得众多机械行业用户的青睐。Alfred Kärcher、Andreas Stihl、OMD Spa、SOMOSInternational、Sulzer、Corken 、DAIHEN 、Eastman Machine、Thyssenkrupp Elevator、ZygoAutomation 、Honeywell 等都是 EFD 在机械行业的大客户。
“深水头盔目镜的温度场与压力场模拟（Steam Machines Inc ）、某流量计的仿真模拟（Actaris）、某船体的风载荷模拟、某电动工具模拟（AEG）、某厕浴设备的优化（Grohe）”
旋转机械是FloEFD 软件应用的重要领域之一，旋转区域模型/ 空化模型/ 蒸汽模型的应用，加上 CAD 模型直接读取、网格自动划分以及边界层应用独特修正方法，处理使得 FloEFD对旋转机械包括各种工质的分析十分适合，设计人员完全将主要精力放在叶轮/ 叶片、扩压器、蜗壳等部件的设计上面。
“某水泵的三维实体装配模型、叶轮表面压力分布”
采用 FloEFD 软件可以进行各种阀门的流动分析，即使结构复杂的螺线阀门的三维实体模型也是一样直接提交EFD 进行计算，分析阀门的压力损失等主要性能。
整个过程快速流畅，由结构设计工程师完成，减少了样机数目，降低了研发费用，大大缩短了设计周期。
“某高速阀门三维结构外型和内部流线图（STURMAN INDUSTRIES）、螺线阀门的三维实体装配模型及阀门内部流动情况（BUSCHJOST GMBH）”
医疗器械方面如血球仪的内部流场分析、生化仪的热分析、电子源器件的散热分析等都可以采用FloEFD进行分析，该领域FloEFD拥有Eppendorf Instrumente、EVOTEC 、Dräger 、Rösch、Philips Medical Systems 、Alza Corporation、Baxter Healthcare、GE Medical Systems等知名医疗电子器械客户。
FloEFD 在电子通讯行业的应用
电子产品的发展日新月异，电子产品设计工程师对产品性能的评估也由最初的经验判断、理论计算进入到全面的计算机数值分析阶段。FloEFD 在电子产品的设计验证、设计指导、设计创新以及可靠性评估方面将电子产品设计工程师们带入了高效仿真领域。
FloEFD与CAD的快捷接口使得再复杂的电子冷却系统组成的3D实体装配图也能由CAD工程师直接进行FloEFD分析，无需几何模型的任何改动。这使得多种结构方案的快速分析、优化与比较成为现实。同时 EFD 的项目克隆（Project Clone）和Zoom In 等技术使得边界条件设置、材料属性设置等分析设定一次后，局部结构调整优化时，不改设置只改结构，新结构改好后直接提交FloEFD计算。
General Electrics、Alcatel、Siemens、Eastman Kodak、PCO Computer Systems、NEC、Océ、INTEL、SONY、CANON 、SANYO、Panasonic、JVC、LG、Matsushita 、Mitsubishi、OLYMPUS 、TOSHIBA 、HITACHI、Konica、Kodak、FUJIFILM 等国际知名电子企业都采用了FloEFD作为其强有利的流动散热分析工具。
FloEFD 在制冷/空调/ 暖通行业的应用
空调暖通行业一直是与人类工作生活息息相关的流体动力学重要应用领域。随着社会的发展，人类对住宅/ 办公等工作活动场所的环境通风有着更高的要求，温度、气流组织、湿度等舒适性要求逐步提高。FloEFD 与MACD 紧密集成，网格自动生成以及壁面处理不依赖于网格等突出优点使得FloEFD在空调通风行业的对温度场、速度场、压力场、湿度等关心参数的计算简单易行。
FloEFD 在能源化工行业的应用
在能源化工企业的新产品开发中，实验成本尤其高昂，内嵌于主流CAD 工具中的FloEFD软件的快捷流动与散热分析的能力给能源化工企业新产品的优化定型带来巨大的经济效益。在能源化工行业内FloEFD拥有许多大客户，包括Alstom、General Electric、Joma Polytec、WesternWell、RWE、Smart Fuel Cell 等能源化工企业已将FloEFD应用于日常产品设计与优化当中。
“某硫化床分析（Glatt）、某垃圾电站的烟囱设计模拟、某过滤器保护系统模拟”
LED灯同步CFD分析解决方案
1. LED灯散热同步CFD分析需求
热管理对于LED的性能和使用寿命至关重要，所以结构工程师在研发初期就要考虑LED的散热问题。美国能源部（DOE）对LED做出了如下评价：没有其它照明技术可以具有像LED这样大的节能潜力和提升我们建筑环境品质。由于LED的使用寿命是结温的函数，所以热管理对于LED的性能至关重要。位于California San Jose的Philips Lumileds Lighting应用技术经理Rudi Hechfellner说：“到目前为止热管理是LED系统设计最重要的一个方面。LED系统生产商通过寻求优化的散热器、高效印制电路板、高热导率外壳和其它先进热设计技术来应对这一挑战。由于热仿真可以在物理模型建立之前，从散热的角度评估不同设计方案和优化系统级设计，所以热仿真的作用日益凸现。”
FloEFD在LED等散热分析中的应用案例
1 FloEFD在汽车车灯及其他LED灯散热分析上的应用
大功率LED的发明对于极大地节省住宅和商务楼照明电力潜力巨大。与白炽灯泡少于2,000小时的寿命相比，LED灯具的使用寿命从大约6,000小时到超过50,000小时不等。LED系统设计项目的最大挑战无疑是热设计，因为驱动LED的能量中有75%-85%转换成热量，并需要散热。
2 热仿真一天内帮助Voxdale解决大功率LED过热问题
Voxdale，总部位于比利时的工程咨询公司，使用Flomerics 公司的EFD.Pro CFD(计算流体动力学)软件在一天内解决二极管热处理问题。原始样本过热问题致使装置的发光效率和寿命极大缩小。Voxdale工程师们利用CFD计算结果仅在一天内就重新设计了灯管罩壳，改善气流，消除过热，将灯具发光率和寿命提高到设计标准。
“灯具系统生产商做了设计样品，发现LED的温度迅速达到其最高工作温度，” Koen Beyers，Vodale总裁说：“厂商非常担忧产品的面世时间。谁也不清楚到底要花多少时间去修改和重新测试样品，直到解决问题，得到成功的设计。样品测试最大的问题在于看不到问题所在，犹如跌入黑暗深渊。”
“过去，CFD软件要求使用者具备深厚的流体动力计算方面的基础以保证求解结果的准确性。”Beyers说：“最近，新一代CFD软件出现，不再要求工程师掌握CFD计算部分的知识，而且使工程师能专注于产品流体动力方面。我们使用的CFD软件EFD.Pro，直接使用Pro/ENGINEER的CAD模型，自动生成流体区域网格，管理流动参数。”
Beyers利用EFD/ENGINEER为样品建模，输入CFD模拟所需的材料属性和边界条件。定义将CAD模型转换为CFD模型所需的所有信息花费了30分钟。然后Beyers操作软件对灯管罩壳周围和内部流场进行网格划分。仿真结果显示原来的设计没有足够的散热出口供灯管罩壳内的气流自由流动。
Beyers修改了设计，在保持灯具美观要求的情况下增加散热口区域。他的新设计既保证了气体在罩壳内停留足够的时间，又扩大了气体的流动。他还尝试一些不同的散热片，优化模型，达到减小气流出口面积的目的。新设计满足了客户所有的要求。