为什么转向SINDA/FLUINT软件?
对很多人而言,放弃自己使用多年的工具而改学另外一款软件,除非有巨大动力驱动或身不由己,否则很难做到。积累的经验促成习惯,习惯又成为一种惰性。美国也存在同样的问题,尝试新事物并非对每个人都有吸引力。
但如果摆在你面前的新软件能让你继承已有的知识和经验,不仅能完成所有你现在能做的所有工作,还能大幅提高你的效率,拓展你的领域,解放你的思想,更合理利用你的计算资源,也许你确实值得花费一些时间学习该软件的使用方法和一些设计理念,“磨刀不误砍柴功”!
为什么说SINDA/FLUINT是热流体仿真软件中的No.1?
S/F是世界上唯一一款专门为热工程师设计的软件工具包;
S/F建立并完善了热/流体工程仿真理论体系;
S/F是真正可用的工程设计分析软件;
S/F是美国第二代智能软件的先行者。
为什么Thermal Desktop的推出,彻底改变了热设计分析软件格局,使也许默默无闻的SINDA/FLUINT成为热工程师手中的利器?
T/D具有与先进FEM软件一样的易用性,而且更自主;
T/D具有与先进FEM软件一样的兼容性,而且不需要安装其它CAD/CAE软件;
T/D具有与先进FEM软件一样的后处理效果,动画、函数图自动快速生成;
T/D具有最完整的热流体功能,所有工作在图形界面下一气呵成;
T/D具有智能性,重复工作它不做,垃圾信息它不传;
T/D是目前最具“各系统同步工作”优点的一款热流体设计分析软件;
核心求解器SINDA/FLUINT与前后处理器Thermal Desktop赋予了热工程师全面的热仿真功能和流畅地多系统协同工作能力,这改变了热工程师长期以来依赖FEM或CFD软件进行热设计分析工作的尴尬局面;软件作为美国第二代智能软件工程化应用的代表,也提供给热工程师其它专业工程师所不具备的“模型缩放”、“进程控制与分析”、“自动优化设计与可靠性评估”等功能。对于热工/热控工作人员而言,这不只是一款魔术般的应用工具,用以改变自己的工作方式和他人对热工/热控工作的评价意见,更是一个科学创新与工程规范结合而成的典范,它教会我们如何看待自己从事的事业,如何将热工行业散落的、无人重视的珍珠穿成紧凑的、具有闪亮光泽和重要价值的顶级项链。
SINDA/FLUINT
S/F是世界上唯一一款专门为热工程师设计的软件工具包:
“热”存在于生活中的每一方面,有多种表象,有多种内在运行方式,面对工程急待解决的问题,想依赖于求解3大守恒方程或在FEM软件上修修补补,不是远水解不了近渴就是缘木求鱼。S/F基于离散化的经验公式、综合利用了有限差分(FD)真实曲面/曲体辐射和有限元(FEM)导热网格快速生成的优点、建立完善了流体的“lump-ties”集总参数理论,最终开发出一个强大的求解器SINDA/FLUINT和一个功能完善的3d前后处理器Thermal Desktop。热流体工程中的热辐射(热光学)、流固耦合传热分析、复杂管网及水力件、热管、压缩循环,多相/多组分流动(自动判别流域变化/临界热流/临界流)、旋转机械、水锤、线面接触热阻、隔热绝热材料、导热强化措施、多轴旋转或多自由度平移辐射、翅片/泵/压力损失件模拟、物理化学反应热(相变与烧蚀)分析,半导体制冷等,模拟领域涵盖了工程应用的方方面面。
S/F软件提供的是一个强大的离散工具,工程系统通过它可以完成由几个节点到百万级节点的转换,使用者的角色可在系统设计师和部件分析师之间随时转换;S/F提供的是一个强大的求解工具,它具有简洁的理论基础和开放的用户界面,能让用户处理崭新的工程课题;S/F还是一个智能机,它有内嵌的函数,也有开放的接口,全参数建模、多变量约束、能实现在指定目标和约束下的自动寻优。S/F智能分析已经实现工程化应用,而不再是其它软件那种仍处在实验室或小模型应用阶段的“宣传”功能,软件所基于的理论和技术支持“模型缩放不影响计算准确度”,这也使得SINDA/FLUINT可以不对硬件提过高要求而完成工程急需的设计优化工作。
S/F在美国也是一款“好的让人不能相信”的软件,但发现并认识它的过程相对其它国家要短暂,作为对求解器SINDA/FLUINT在流体仿真理论创新和航天工程应用成功的褒奖,1991年NASA授予了S/F开发商C&R公司SPACE ACT AWARD奖;在前后处理器Thermal Desktop软件问世5年后的2005年,NASA全机构推广了S/F软件理论与技术成果,并有史以来首次全机构集体购买了热软件——SINDA/FLUINT软件。
S/F建立并完善了热/流体工程仿真理论体系:
“Node-Conductors”理论更适合于结构件热分析,对于流体换热而言,原来那种将对流换热系数简化为某类Conductor的处理方式并不适合于描述流体内部的质量和动量传递,也不适合于描述相变过程或工质组分的变化。SINDA/FLUINT中建立的“lump-ties-fties-path”等理论,完善了热流体仿真技术,也真正解决了实际问题。
没有适用的理论支撑,而只是通过拼凑或在其它宿主上敲敲打打,不会发展出真正能用和好用的软件工具!
S/F是真正可用的工程设计分析软件:
软件开发目的是用于工程实践,在所有工程中,航天工程所要求的质量和可靠性无疑是很高的。SINDA/FLUINT作为NASA行业标准软件,且广泛用于载人航天工程设计,其在航天器、液体推进、电子机柜等方面的应用都经历了严格的出厂标准检验和实战考核。如果这些仍不能让用户放心,T/D还提供了多种热软件的输入接口,你只要通过简单操作导入已有模型,即可用你所放心的软件考核SINDA/FLUINT软件的正确性。
第二代智能软件将走入舞台,各行业目前也都有了一些号称“能够实现”全参数建模和智能分析的软件工具。但如果一个软件所基于的理论不支持模型瘦身,也就是说,节点数目变少会造成计算结果错误而不是出现误差;那么这类软件将在很大程度上依赖于未来硬件的发展或理论的突破,距离工程设计实际它们还有相当长的路要走。比如,网格稀疏会造成CFD找不到涡,使得FEM应力集中区被抹平,或许有些人认为这些只是误差,但在系统分析中,它有可能改变最终结果。
SINDA/FLUINT基于“集总参数-节点网络”理论,一个物体分为一个点或几百个点,改变的是内部关系和信息量的多少,而不会对外环境,如与外界的能量/质量/动量交换值以及各种约束关系,产生影响,许多误差是由于面型改变或计算精度不够引起的,而不能怪罪到理论上,SINDA/FLUINT采用离散经验公式框架以及T/D引入曲面/曲体单元都有效减小了节点稀疏对计算误差的影响。因此,我们可以说正是由于理论的支持以及技术的匹配,才赋予了这款软件自主控制模型规模,真正实现从系统设计的3~5个节点到部件级热应力分析的数十万节点模型对应变换的强大功能。作为热工程师,我们应当为我们具有这种特殊能力而感到骄傲!
S/F是美国第二代智能软件的先行者:
一问一答黑箱子式的软件就像19世纪的老式步枪,采用批处理计算的人也许是进入了机关枪的时代,智能软件的自主导航和定点打击功能现在成为了美国各大软件公司共同向往的目标。由于所基于理论的优势和在上世纪80年代提早出发/艰辛努力的结果,SINDA/FLUINT成为了第二代智能软件工程实用的先锋。
THERMAL DESKTOP
T/D具有与先进FEM软件一样的易用性,而且更自主:
有限差分软件具有简单、灵活、适用性强等特点。其重点突出,不会让人迷惑在一堆类似的信息中;其结果多样且与理论联系紧密,很容易培养用户的专业素质,但以往的FD软件,却有一个致命的缺点,就是不好用!累人还容易出错。
好了!先进FEM软件能做的、曾让热工程师羡慕已久的易用功能,现在Thermal Desktop已经为热工程师实现,即使没有热工基础的人通过简单的操作也能照猫画虎地建立复杂热流体模型、提交计算、生成生动的报告。(T/D提供了多个手把手step by step习题,每一个人都可以学会!)
T/D的易用性体现在所有的热流体模拟全部在同一图形界面下完成,操作简单,甚至于不需手动输入;曲面/曲体单元与FEM的兼容、参数化建模与智能分析等高级功能通过简单鼠标操纵即可完成。
T/D应当比FEM软件好用!自动生成有限元网格的程序留给工程师更多的是接受而不是参与,T/D使得工程师能够控制每一个过程和每一个细节,生成热单元的过程更快速、更简洁、更随意!T/D不会让你面对庞大的连计算机都不能忍受的模型,让你将时间浪费在漫长地等待过程中。
T/D具有与先进FEM软件一样的兼容性,而且不需要安装其它CAD/CAE软件:
T/D是最好的多系统协作软件,而不是那种大家都基于FEM框架的商用软件。共同框架会抑制某些系统的专业特长,如热研究中的曲面/曲体辐射以及热控设计所需的多方案比对和调整,这些对FEM框架而言都是难以实现的问题;共同框架还必然造成“垃圾”信息跑来跑去,一方面造成对设计师的束手束脚,担心误操作删除某些有用信息,另一方面,模型庞大让操作更加困难。
T/D不需安装其它的CAD/CAE软件,但它能利用所有主流CAD软件的3D或2D模型,T/D不需预先删除CAD模型中的倒角、挖孔、螺纹...,若不想笨笨地导入CAD或FEM模型而造成操作困难,简单地引入参考体也是不错的选择;T/D能够实现复杂热模型的装配,多人协调干一项工程也成为现实;T/D不需你安装或学习其它CAE软件,温度结果会以最简洁的形式传递给其它CAE系统,没有垃圾信息的跑来跑去;在建模分析过程中,用户完全自由处在热流体的世界内,不必因顾虑其它系统的限制而变得束手束脚,小心翼翼。
T/D具有与先进FEM软件一样的后处理效果,动画、函数图自动快速生成:
曲面/曲体的彩色渲染,边计算边3D动态显示当前结果;温度、压力、速度、热流率、各种系数、指标性参数都能以彩色云图和动画形式显示;函数图、趋势图快速生成;T/D能自动快速提供目前所有报告所需元素。
T/D具有最完整的热流体功能,所有工作在图形界面下一气呵成:
T/D目前只有一件事,别的热软件能做而它不能做,那就是CFD流场分析,如果您关心的是流场内的涡或流线的形状及其分布,并通过这些优化流场内的物体布局,您只能求助CFD商用软件,如Fluent。
T/D定位目标有两个:一是流场内的结构件温度分布,考虑了导热、对流、热辐射、相变烧蚀及其它物理化学热过程、各种隔热和导热强化措施以及主动温控等共同作用的影响;二是流场内的压力和速度一维分布,以优化泵/风扇/三通/阀门/弯头等器件选择。
T/D是热软件,面对的是各行各业的热工程师,而不是流体力学家。涵盖热力各领域的所有工作都可在同一界面下通过简单鼠标操纵完成。
T/D具有智能性,重复工作它不做,垃圾信息它不传:
软件开发的不好,浪费地是众多工程师和学生的时间。T/D利用辐射分析组和子模型概念,将同一个3D热模型分分合合、改变形状大小、旋转平移变化,它不是一个游戏或动画软件,但它与极品飞车和Maya程序一样,能让热工程师的思绪飞奔起来。
内外腔室组合、线面接触关系、热辐射体空间位置、轨道外热流等诸多参量的变化...,可在程序动态计算过程中靠程序自控实现,在每次计算的开始,程序会判别哪一部分工作能够得到再利用,而哪一部分工作必须重新计算。
T/D与CAD和CAE系统交互信息时,没有垃圾信息传递,也不会让用户的机器内塞满这样或那样的软件。
T/D是目前最具“各系统同步工作”优点的一款热流体设计分析软件:
实现“各系统同步工作”最好的途径是不同系统的CAE工程师共同从CAD设计师手中获取素材,然后按照各自行业的特点,发挥各自优势,做出本行业最好的工作,将建议反馈给CAD设计师和其它系统CAE工程师,而不是将大家都约束在一个框架下,如FEM框架,从而抑制了某些系统应有的特长。T/D软件做到了这点,它是目前最好的多系统协调工作软件。
保持“同步”最关键的是能快速更改模型,对其它软件而言,CAD设计师的更改对热工程师意味着再次的痛苦,许多工作需从头再来。T/D的热模型在一定程度上实现了自动调整,也可通过简单的鼠标拖拉和关键点自动咬合功能,快速改变热模型。热模型的建立与修改,从未如此方便快捷。
“协调工作”就是要避免垃圾信息,避免对其它系统产生干扰。T/D没有垃圾信息传递,热工程师可在自己热流体世界内尽情发挥,而不必顾及这样或那样的操纵会不会对其它系统产生不利影响。
T/D不需要你安装其它的CAD或CAE软件,不需要你学习这样或那样的软件,除非你认为这是你的乐趣所在。
结语:
在我们的教科书中有相当的部分,如热辐射和节点网络法,深深地打着NASA航空航天发展的印迹。美国自由民主的学术气氛、严谨规范地工程态度促使着一代又一代人提出新的思想解决工程实际问题,推动理论研究的发展。C&R公司的SINDA/FLUINT软件是NASA内8位不同方向热工人员的副产品,经过20年的努力,从航空航天标准热设计软件、国际空间站热设计必用软件成功发展为涵盖热能工程各行各业、各领域的优秀软件,并在2005年成为NASA有史以来首次全机构集中采购的热软件。
软件构建的“lump-ties-fties-path”理论为软件的发展搭建了重要的理论平台(1);96年以前对核心求解器SINDA/FLUINT的全参数建模、松弛变量约束、智能设计、可靠度分析等优化工作为软件成功做了很好地铺垫(2);而本世界初推出的Thermal Desktop前后处理器软件则以AutoCAD软件最新3D建模功能和多年积累的快捷舒适的操纵方式为基础,以辐射分析组/子模型/热光学/完善的热工水力/热控模拟能力为主体,细致贴心地考虑了与CAD和其它CAE系统间的交互功能,发展完善了彩图/动画/函数图等多参量后处理体系(3)。从而打造出有如动画程序Maya般魔幻的工程热设计分析软件。
可以预见,C&R公司的工作成果会走入教科书,它所提供的软件也会成为热工设计人员最喜欢使用,最愿意促进发展的技术工具。
执笔人:张汉勋
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