無(wú)縫集成于CAD環(huán)境的CFD

當(dāng)今的并行工程方法往往要求做出可能影響到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的重要決策之前，對(duì)一個(gè)新設(shè)計(jì)的可行性和性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。仿真在這類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中扮演著重要的角色。

　　通過(guò)在整個(gè)數(shù)位設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中重復(fù)使用同一復(fù)雜三維數(shù)據(jù)來(lái)加速并行工程設(shè)計(jì)，這一渴望正是“產(chǎn)品生命周期管理”(PLM)概念的源頭。達(dá)到這一目標(biāo)的一個(gè)基本步驟就是將分析和仿真結(jié)果 —— 這些結(jié)果描述運(yùn)行模式、構(gòu)造性能、流體流動(dòng)/熱量情況等 —— 集成到主流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中。當(dāng)今的并行工程方法往往要求做出可能影響到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的重要決策之前，對(duì)一個(gè)新設(shè)計(jì)的可行性和性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。仿真在這類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中扮演著重要的角色。

　　動(dòng)力和構(gòu)造分析在主流機(jī)械設(shè)計(jì) (MCAD) 軟件中已集成得相當(dāng)不錯(cuò)。然而，著名Navier-Stokes 方程所描述的流體流動(dòng)和熱量傳遞過(guò)程極度復(fù)雜且非線性，所以，相比描述機(jī)械應(yīng)力和固體應(yīng)變的方程，它在數(shù)值求解方面更為困難。這個(gè)原因一定程度上導(dǎo)致了一些研發(fā)CFD 軟件的公司將更多的精力花在提高數(shù)值算法上，而不是針對(duì)主流機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)環(huán)境，且高性?xún)r(jià)比、過(guò)程導(dǎo)向的CFD 軟件。設(shè)計(jì)周期中，每一次模型改變的時(shí)候都能獲取仿真結(jié)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(biāo)的CFD 軟件，應(yīng)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(shù)據(jù)，只有這樣，它才能與設(shè)計(jì)過(guò)程中的每一變化同步。大多數(shù)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(fù)制三維模型，轉(zhuǎn)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?yàn)閺?fù)制和導(dǎo)入模型在主流機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)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(xí)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(dāng)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(shù)的軟件商選擇了模型導(dǎo)入方案。

　　第三，很多CFD 工具導(dǎo)入固體模型時(shí)的典型問(wèn)題是對(duì)于應(yīng)該使用流體流動(dòng)分析模式的流體區(qū)域，在原始的MCAD 模型中并不存在一種離散的“對(duì)象”。大多數(shù)CFD 軟件處理這類(lèi)問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)方法是定義和分離MCAD 模型中的所有空穴區(qū)域，然后在特征目錄中將他們添加為虛擬的對(duì)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?yàn)閿?shù)據(jù)的連貫性被破壞，與原始CAD 數(shù)據(jù)一對(duì)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(yīng)用：FloEFDPro —— 無(wú)縫集成在Pro/ENGINEER Wildfire，是Pro/TOOLKIT 的一個(gè)應(yīng)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(yīng)用：FloEFDV5 —— 無(wú)縫集成在CATIA V5 中，是Workbench 的一個(gè)應(yīng)用。FloEFDV5 有和 CATIA V5 一樣的“相貌和感覺(jué)”……