有没有建立流体模型的软件？

Flowmaster软件简介

Flowmaster是Flowmaster Ltd公司开发的产品。Flowmaster （FMI）是一家独立的英国公司， 公司成立于1984年，该公司开发Flowmaster的想法来自与英国流体力学研究协会， 此协会在全世界的流体领域享有很高的声誉。到目前为止，已有500多家公司购买了Flowmaster2，共1000多个使用许可，用户遍布世界上40个国家和地区，既有政府部门，也有私人企业以及教育单位。 FMI公司致力于流体系统仿真领域的研究，目前该公司不但提供领先的流体仿真软件Flowmaster，同时也向客户提供技术咨询，技术合作等服务。

Flowmaster是面向工程的完备的流体系统仿真软件包，工程师可以利用Flowmaster建立的系统模型分析复杂的工程问题，快速有效的建立完善的设计。

利用Flowmaster，工程师能够将更多的精力集中在系统的设计上。无论是设计产品的冷却系统、润滑系统、液压系统、燃油输送系统或水系统、热管理系统，Flowmaster都可以对系统进行精确的压力、流量、温度、流速分析。它可以帮助企业减少生产成本，提到产品性能，缩减产品开发时间和试验次数。

在Flowmaster中，利用已经定义好的元件可以迅速的建立系统的仿真模型，像管道、泵、阀等流体系统常用的元件，在Flowmaster的元件库中均可以找到。当然，用户也可以将自己利用FORTRAN 或C编写的元件加入元件库中。

如果需要的话，Flowmaster建立的虚拟模型也可以与其他CAE软件如MATLAB、FLUENT进行联合仿真。同时，Flowmaster具有很好的柔性接口，可以方便地与Excel、Access 等软件进行数据传递。

Flowmaster具备以下几个主要的特点：

1．先进的建模方式：利用Flowmaster搭建模型的方式与工程师的设计思路是完全一致的。在Flowmaster中，工程师可以直接从元气件库中调出系统需要的元气件模型，并将元气件连接起来搭建成系统。一个经过初步培训的工程师可以在一小时内建立一个100多个元气件组成的系统，并对元气件输入数据。

2．丰富及开放的元气件库：Flowmaster中的元气件库中包含了各种常用的元气件，并根据流体领域的发展趋势建立了该软件特有的元气件库，像一些机械类元件等。这些元气件完全可以满足各种流体系统的建模需要。同时，用户也可以将自己开发的元件加入到Flowmaster元件库中。

3．元气件参数齐全、设置简单快速：任何一种元气件所能涉及到的参数在Flowmaster中均有体现，参数的输入全部表格化，简单有效。

4．完善的分析类型：Flowmaster可以对流体系统进行静态、动态的分析，可以对压缩流体进行分析，可以进行静动热传导分析，可以考虑相邻元件对流体的影响。

5．快速、高效的计算：工程师可以随时修改自己的设计输入条件，并进行仿真。有时甚至可以在一天内对系统进行上百次仿真。

6．分析结果方便：Flowmaster的仿真结果包含各种各样的数据，工程师通过仿真结果可以知道系统内任何一点的压力、流量、温度、流速等参数，也可以知道系统中每一个元气件的结果数据，比如阀的阀芯位置，缸的位移等。

Flowmaster是一个成熟的仿真软件，其设计思路合理，软件技术先进，易熟练掌握，完全有能力仿真各种流体系统。它不但适合在旧型号的改型时使用，更可以在新型号的研制时使用。它能与试验紧密结合起来，用来指导试验，同时不断充实自身的数据库。它将是流体系统设计中不可缺少的仿真平台。

Flowmaster的主要应用领域有：

 航天器（包括太空飞船、航天飞机及空间站等）的燃料供应系统、环境控制调节系统（ECS）、液压系统；

 飞机的发动机燃料供应系统、环境控制调节系统（ECS）、液压系统、冷却系统、润滑系统；

 舰艇、潜艇的燃料供应系统、液压系统、设备冷却系统、消防系统、饮用水供应及污水处理系统、上浮/下沉系统；

 车辆（包括汽车、摩托车等）的燃料供应和喷射系统(200-300MPa)、润滑及冷却循环系统、排气系统、空气侧系统和热管理系统；

 发电厂的冷却水供应系统（包括核电站）、燃料供应系统、汽轮机叶片冷却系统、整个管道系统的浪涌抑制；

 化学工业，人工煤气、天然气工业以及其它的供油、供水和供气系统。

CFD商业软件介绍之一——Fluent

通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。

FLUENT软件具有以下特点：

☆ FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法；

☆ 定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能；

☆ FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种：d簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT所独有的，而且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题；

☆ FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术；

☆ FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的；

☆ FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型；

☆ 适用于牛顿流体、非牛顿流体；

☆ 含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射；

☆ 化学组份的混合/反应；

☆ 自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型；

☆ 融化溶化/凝固；蒸发/冷凝相变模型；

☆ 离散相的拉格朗日跟踪计算；

☆ 非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型（考虑多孔介质压力突变）；

☆ 风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型；

☆ 惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格；

☆ 动静翼相互作用模型化后的接续界面；

☆ 基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型；

☆ 质量、动量、热、化学组份的体积源项；

☆ 丰富的物性参数的数据库；

☆ 磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题；

☆ 连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题；

☆ 高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法；内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算；

☆ FLUENT软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（UDF）；

☆ FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。

在CFD软件中 , Fluent软件是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。Fluent的软件设计基于"CFD计算机软件群的概念" ,针对每一种流动的物理问题的特点 ,采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利时PolyFlow和Fluent Dynamical International(FID)的全部技术力量(前者是公认的在黏d性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司 ,后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司 ),因此Fluent软件具有如下优点

(1 )功能强 ,适用面广。包括各种优化物理模型 ,如 :计算流体流动和热传导模型 (包括自然对流、定常和非定常流动 ,层流 ,湍流 ,紊流 ,不可压缩和可压缩流动 ,周期流 ,旋转流及时间相关流等 ) 辐射模型 ,相变模型 ,离散相变模型 ,多相流模型及化学组分输运和反应流模型等。对每一种物理问题的流动特点 ,有适合它的数值解法 ,用户可对显式或隐式差分格式进行选择 ,以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。

(2 )高效 ,省时。Fluent将不同领域的计算软件组合起来 ,成为CFD计算机软件群 ,软件之间可以方便地进行数值交换 ,并采用统一的前、后处理工具 ,这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动 ,而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。

(3 )建立了污染物生成模型。包括NOX 和ROX(烟尘 )生成模型。其中NOX 模型能够模拟热力型、快速型、燃料型及由于燃烧系统里回燃导致的NOX的消耗。而ROX 的生成是通过使用两个经验模型进行近似模拟 ,且只使用于紊流

FLUENT同传统的CFD计算方法相比，具有以下的优点

1、稳定性好，FLUENT经过大量算例考核，同实验符合较好

2、适用范围广，FLUENT含有多种传热燃烧模型及多相流模型，可应用于从可压到不可压、从低速到高超音速、从单相流到多相流、化学反应、燃烧、气固混合等几乎所有与流体相关的领域

3、精度提高，可达二阶精度。

Fluent is the world's leading supplier of computational fluid dynamics (CFD) software and services. Fluent products enable engineers and designers to simulate fluid flow, heat and mass transfer, and a host of related phenomena involving turbulent, reacting, and multiphase flow.

CFD turns a computer into a virtual laboratory, providing insight, foresight, return on investment, and cost savings.

Fluent products are used by blue chip companies, small and medium sized enterprises, and academic institutions and institutes around the world. Today, CFD has an indispensable impact on almost every industry sector and manufactured product.

CFD is the fastest growing component of the Computer Aided Engineering (CAE) market, and plays a role in Product Lifecycle Management (PLM) as well.

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