Autodesk CFD – Ultimate

Autodesk CFD позволяет напрямую импортировать 3D-геометрию из распространенных САПР. Данная 3D-модель используется как основа для построения расчетной модели.

Приложение Autodesk CFD можно интегрировать непосредственно в одну из распространенных САПР-систем: Inventor, Revit, SpaceClaim, PTC Creo, Solidworks и пр.

Подписчики Autodesk CFD  версий 2019 и позднее имеют также доступ к Fusion 360 Ultimate.

Autodesk Fusion 360 Ultimate применяется для упрощения 3D-геометрии существующей модели, ее анализа и редактирования для дальнейшего создания расчетной модели, создания простых 3D-объектов.

Например, Fusion 360 позволяет залить отверстия, удалить лишние мелкие детали с модели (фаски, скругления и пр.), которые не влияют на результаты расчета, но влияют на время расчетов.

Рис.1 Грамотное применение Fusion 360 позволяет сформировать качественную сетку и сократить время расчетов.

В Autodesk CFD встроена полноценная библиотека основных материалов, веществ и компонентов, которые широко используются в промышленности. Для каждого объекта библиотеки задано описание всех своих теплофизических характеристик.

Пользователь может выбирать объект из библиотеки и сразу использовать их при формировании расчетных задач.

Библиотека содержит:

• различные жидкости,
• газы,
• пассивные и активные компоненты электроприборов,
• устройства для систем теплообмена
• и многое другое.

Библиотека Autodesk CFD является пополняемой и редактируемой. Так что  пользователь может добавлять собственные материалы и объекты, либо редактировать существующие.

Пользователи могут легко освоить систему и быстро начать работать в ней благодаря тому, что:

• Интерфейс программы стандартизирован и знаком пользователям по другим продуктам от компании Autodesk.
• Для пользователей без опыта проведения гидро - и газодинамических расчетов в программных системах помогают встроенные инструменты, упрощающие и ускоряющие работу по созданию задач, проведению расчетов и анализу результатов.
• Продуманные средства работы ускоряют проведение расчетов: мастера и диалоговые окна, наглядные инструменты ввода и вывода результатов, средства определения нагрузок и коэффициентов.
• Пошаговые текстовые видео-инструкции и полноценная справочная система помогают быстро начать работу с системой.

Генерация расчетной сетки

Генерация расчетной сетки в Autodesk CFD возможна в автоматическом режиме, либо при помощи ручной настройки параметров генерации сетки, ручного выделения отдельных зон с особыми параметрами сетки.

Генератор расчетной сетки в программе создает качественную сетку конечных элементов, избавляя пользователя от рутинных процедур.

Сеточный генератор автоматически выделяет области, где требуется реализовать разные виды сеток.

При формировании сеток в больших объемах генератор автоматически уменьшает размер ячеек в тех местах, где присутствуют мелкие объекты или происходит смена формы или направления потока.

Математический решатель CFD\CFD2

Autodesk CFD базируется на двух уникальных математических решателях: CFD и CFD2.

CFD используется при расчетах простых задач.

CFD2 (более новый и продвинутый решатель) применяется для расчета больших задач до 30-50 миллионов элементов. Новый решатель поддерживает многопроцессорные и многопоточные технологии, автоматически распределяя вычисления по процессорам, ядрам и потокам.

Высокопроизводительные вычисления

Технология высокопроизводительных вычислений HPC (High Performance Computing) предназначена для поддержки расчетов сложных 3D-моделей с большим количеством элементов сетки, или расчетов длительных процессов. HPC позволяет запускать расчет на многоядерной рабочей станции или на вычислительном кластере.

Вычисления в облаке

Autodesk CFD поддерживает расчеты на локальном ПК, либо в высокопроизводительном облаке Autodesk.

Для проведения расчетов в облаке необходимы облачные кредиты Autodesk Cloud Credits. Пользователь загружает подготовленную расчетную модель в облако и запускает процесс решения. После проведения расчетов результаты автоматически загружаются на компьютер.

В случае облачных расчетов пользователь может продолжать работу на ПК даже в то время, пока производится расчет.  Расчеты в облаке проводятся быстрее.

Моделирование процессов в Autodesk CFD

Моделирование свободной поверхности

Метод свободной поверхности VOF (Volume of Fluid) в Autodesk CFD позволяет моделировать свободное течение жидкостей, моделировать и анализировать взаимодействие потока и тела, которое может менять свое положение.

Применяется для решения задач:

• анализ процессов прорыва плотин,
• анализ наполнения шахт и штолен водой,
• моделирование и анализ разлива масла из танкера
• и другие.

Рис.2 Метод свободной поверхности VOF в Autodesk CFD

Моделирование потоков с движущимися твердыми телами

Возможности, доступные в версии Autodesk CFD Ultimate.

Решатель Autodesk CFD Motion позволяет анализировать взаимодействие потока жидкости или газа с телом, находящимся в этом потоке, когда оно не закреплено или движется по определенному закону.

Autodesk CFD поддерживает моделирование движения твердых тел:

• свободное движение тел с 6 степенями свободы,
• заданное пользователем принудительное движение,
• движение, создаваемое потоком;
• линейное, угловое движение и их комбинация;
• комбинация орбитального и углового типов движения;
• анализ нутации;
• поддержка работы с вращающимися лопастными машинами.

Воздействие потоков на твердые поверхности

Технология Wall Calculator в Autodesk CFD позволяет рассчитывать и анализировать воздействие на твердые поверхности различных потоков.

Поддерживает решение задач:

• вычисление аэродинамических коэффициентов на аэродинамических поверхностях;
• вычисление температур стенок;
• моделирование и расчет теплового потока;
• расчет пленочного коэффициента теплопередачи;
• нахождение крутящего момента вокруг оси и вычисление центра силы.

Проводимые расчеты по технологии  Wall Calculator применяются при разработке систем гидротолкателей и гидрокомпенсаторов, систем кондиционирования, вентиляции воздуха и пр.

Инструменты анализа результатов вычислений (постпроцессинг)

Набор инструментов Autodesk CFD помогает анализировать полученные результаты вычислений (постпроцессинг).

Средства наглядного представления данных позволяют визуализировать результаты и анализировать информацию об исследуемом объекте.

Плоскости сечений

Autodesk CFD позволяет анализировать значения величин в какой-то определенной плоскости.

Пользователь задает требуемое количество сечений и настраивает для них отображение данных в виде распределения цветовых полей или группы векторов.

Цветовые поля отображают и помогают анализировать:

• давление,
• величину теплового потока,
• векторы скорости или его проекции на оси,
• плотность потока,
• распределение температуры
• и многое другое.

Визуализация потоков

При анализе потоков жидкостей и газов в Autodesk CFD их направление можно отобразить в виде настраиваемых векторов, меняя их цвет, масштаб и другие параметры. Этот инструмент аналогичен реальной практике проведения исследований, например, в аэродинамической трубе, когда потоки визуализируются с помощью нитей или цветного дыма.

Построение графиков исследуемых величин

Визуализировать результаты расчета потока в заданной плоскости сечения  можно отображением результатов в виде графика, демонстрирующего поведение измеряемой величины в конкретной точке сечения.

В случае исследования нестационарных задач можно построить график изменения величины в течение определенного временного отрезка.

Параметры потока в конкретном сечении

Инструмент Bulk Results применяется для определения и анализа параметров потоков в замкнутых контурах.

Autodesk CFD автоматически находит замкнутые контуры в плоскости сечения и вычисляет параметры потоков через все обнаруженные сечения.

Визуализация и трассировка движения частиц в потоке

Autodesk CFD позволяет рассчитывать и отображать траекторию движения частиц и тел в потоке с помощью цветных трехмерных кривых. При расчете можно задать массу, проводить расчет с учетом гравитации. Это повышает точность вычислений. А полученный результат будет  максимально приближен к результатам натурных испытаний и поведения в реальных условиях эксплуатации.

Изоповерхности

Инструменты построения изоповерхностей в Autodesk CFD  позволяют наглядно оценивать и анализировать результаты вычислений.

Изоповерхность – это поверхность, образованная из точек, имеющих постоянное значение исследуемой величины.

Рис. 3 Изоповерхности в Autodesk CFD

Применяются для оценки значений и геометрической формы потоков. Помогают анализировать результаты расчетов в гидрогазодинамике: оценка скорости потоков, распределение температур, распределение давления и многого другого.

Цвет изоповерхности отображает конкретные значения величин исследуемых параметров.

Центр принятия решений

Центра принятия решений в Autodesk CFD помогает выбрать оптимальное решение из нескольких вариантов расчета конкретной задачи гидрогазодинамики.

Для подбора оптимального варианта конструкции пользователь может провести ряд расчетов по разным сценариям, меняя исходные данные и параметры. А затем проанализировать и сравнить полученные результаты.

Для создания разных расчетных сценариев пользователь может:

• изменять исходную расчетную модель;
• изменять параметры моделирования без изменения модели (укрупнять или уменьшать сетку, изменять свойства материалов, определять граничные условия и пр.)

После выполнения расчетов анализируются эффекты, достигаемые вносимыми изменениями.

Рис. 4 Центр принятия решения в Autodesk CFD

Специальный набор инструментов из «Центра принятия решений» в Autodesk CFD  помогает судить о достоверности того или иного расчетного результата:

• сравнивать результаты расчетов нескольких вариантов проекта, выбирая параметры и критерии сравнения.
• извлекать значения параметров, полученных при расчете.

Генератор отчетов

Генератор отчетов в Autodesk CFD позволяет настроить пользовательские  отчеты любой сложности и содержания.

В отчеты можно включать:

• данные расчета,
• исходные данные расчетной задачи,
• данные применяемых материалов, веществ и сред,
• параметры наложенных сеток и граничных условий.
• данные о настройках системы и решателей.

Автоматизация расчетов с использованием API

Autodesk CFD поддерживает открытый интерфейс API. При помощи него пользователь может проводить расчеты в программе, обращаясь напрямую к конкретным командам и операциям.

Открытый API помогает автоматизировать рутинные задачи, позволяет настроить интеграцию Autodesk CFD с другими системами, экспортирует результаты расчетов в специальные форматы и многое другое.

Поддерживаются языки  QTScript API (Javascript) и Python API 2.7.

Продвинутая справочная система

Справочная система Autodesk CFD предоставляет пользователю обучающую информацию:

• описание интерфейса и команд программы;
• справочник по теоретическим основам гидрогазодинамических расчетов;
• текстовые обучающие примеры;
• сборник упражнений для самостоятельного обучения.
• обучающие видеоролики на примере конкретных задач;
• рекомендации по оптимальным методам решения различных задач;
• Часть материалов, находящихся в справочной системе, локализована и переведена на русский язык.