Dlaczego program SOLIDWORKS Flow Simulation to odpowiednie narzędzie dla inżynierów produktów?

WPROWADZENIE

Inżynieryjna mechanika płynów (Engineering Fluid Dynamics — EFD) to nowy profil oprogramowania z zakresu numerycznej mechaniki płynów (Computational Fluid Dynamics — CFD) umożliwiający inżynierom mechaniki symulowanie przepływu płynów i ciepła za pomocą wydajnych, intuicyjnych i przystępnych narzędzi 3D. Inżynieryjną mechaniką płynów rządzą kryteria i cele inżynieryjne, dzięki czemu każdy inżynier produktów może uzyskać wgląd w szczegóły techniczne niezbędne do znalezienia odpowiedzi na pytania pojawiające się podczas procesu opracowywania produktu. SOLIDWORKS® Flow Simulation to narzędzie bazujące na tych samych założeniach matematycznych co tradycyjne oprogramowanie z zakresu numerycznej mechaniki płynów, ale program SOLIDWORKS Flow Simulation jest szybszy i łatwiejszy w obsłudze, a przy tym zapewnia niezwykle wydajne i precyzyjne działanie.

POWÓD 1: KORZYSTANIE Z ISTNIEJĄCEJ GEOMETRII

Aby utworzyć model do analizy, w większości tradycyjnych programów CFD trzeba mocno modyfikować ustawienia, a następnie przenosić istniejące modele CAD do innego programu. Główną przyczyną takiego stanu rzeczy jest to, że tradycyjne programy CFD wymagają sporego nakładu pracy manualnej. Proces interpretacji może się sprawdzać w przypadku 80 procent geometrii, ale resztę trzeba odtworzyć lub uprościć ręcznie. Część użytkowników zgłaszała konieczność kilkudniowego czekania na przeniesienie modelu, a w niektórych przypadkach w ogóle się to nie udawało. Dlatego wielu użytkowników wolało zacząć pracę od początku, tworząc geometrię w programie CFD (mimo tego, że to również wymaga sporych nakładów czasowych).

Badanie przepływu płynów wewnątrz i wokół zaprojektowanego elementu w celu wykrycia problemów turbulencji i recyrkulacji oraz ustalenia warunków przepływu

Ostatnio pewna firma testująca tradycyjne narzędzie popularne w branży lotniczej poinformowała, że dzięki wykorzystaniu technologii SOLIDWORKS Flow Simulation prace zajmujące dwa tygodnie udało się zrealizować w przeciągu dwóch dni. Pracownicy tej firmy poinformowali również, że większość z owych dwóch tygodni poświęcali wcześniej na próby przeniesienia swojej geometrii do używanego wówczas tradycyjnego narzędzia CFD. Ta sama skomplikowana geometria została przeniesiona do programu SOLIDWORKS Flow Simulation i przeanalizowana w ciągu niespełna dwóch dni, dzięki czemu oszczędzono sporo czasu.

Główna różnica polega na tym, że program SOLIDWORKS Flow Simulation korzysta z natywnych danych CAD 3D oprogramowania SOLIDWORKS bezpośrednio do symulowania przepływu płynów. Obszar płynu jest tworzony automatycznie na podstawie geometrii, a następnie automatycznie aktualizowany w celu uwzględnienia wszelkich zmian w projekcie. Warunki przepływu są zdefiniowane bezpośrednio w modelu CAD 3D SOLIDWORKS i uporządkowane podobnie do innych danych projektowych w drzewie operacji. Dzięki temu oryginalny model CAD SOLIDWORKS jest używany w sposób natywny do analizy w programie SOLIDWORKS Flow Simulation, umożliwiając oszczędność czasu potrzebnego wcześniej na przygotowania i zapewniając uwzględnienie aktualizacji projektu w analizie CFD.

POWÓD 2: OBSŁUGA ZŁOŻONEJ GEOMETRII

Aby sprawdzić, jak zaprojektowany element zachowa się w warunkach rzeczywistych, trzeba zasymulować jego działanie w odpowiednim środowisku operacyjnym. Producenci programów analitycznych zgodnie zalecają upraszczanie przygotowanych modeli. Jednak jak wówczas dowiedzieć się, jaki ma być zakres działania i czy wyniki analizy odzwierciedlają warunki rzeczywiste?

Oprogramowanie SW (SOLIDWORKS) Flow Simulation jest wyjątkowo wydajne i zapewnia obsługę niezwykle złożonych geometrii. Z łatwością obsługuje geometrie CAD zawierające ciasne szczeliny i ostre kąty bez konieczności upraszczania modelu. Jeśli jednak użytkownik podejmie decyzję o uproszczeniu modelu, może skorzystać z wydajnych funkcji upraszczania geometrii w celu przygotowania modelu do analizy CFD.

POWÓD 3: BEZPROBLEMOWE GENEROWANIE SIATKI

W przypadku standardowych pakietów CFD uzyskanie optymalnej siatki nie jest łatwe. Jest to jednak prawdopodobnie jeden z najważniejszych etapów w procesie analizy. Od odpowiednie- go utworzenia siatki zależy dokładność wyników. Pewien producent silników samolotowych poświęca co najmniej trzy miesiące na znalezienie optymalnej siatki dla swoich projektów.

Automatyczne generatory siatki są dostępne na rynku od dłuższego czasu, ale tradycyjne narzędzia CFD nadal wymagają sporego nakładu pracy manualnej w celu zapewnienia odpowiedniej jakości siatki przez wyeliminowanie przerw lub zachodzących na siebie fragmentów oraz zapewnienie wymaganego nachylenia, proporcji, wypaczenia i wielkości poszczególnych komórek. Ten ręczny proces trzeba powtarzać po każdej zmianie w projekcie.

Funkcja tworzenia siatki kartezjańskiej sprawia, że oprogramowanie SOLIDWORKS Flow Simulation stanowi najlepsze w swojej klasie rozwiązanie CFD cechujące się prostotą obsługi, szybkością i niezawodnością działania.

Oprogramowanie SW Flow Simulation udostępnia niezwykle wydajny, automatyczny generator siatki do obsługi obszarów ciekłych i stałych z funkcją automatycznego udoskonalania/upraszczania siatki zgodnie z wymogami geometrycznymi lub fizycznymi. Narzędzie SW Flow Simulation umożliwia także niezależne od siatki modelowanie przyścienne z wykorzystaniem technologii komórek częściowych. Technologia ta umożliwia oprogramowaniu prawidłowe symulowanie zjawiska warstwy granicznej w kontekście prze- pływu cieczy i przekazywania ciepła. Dzięki temu siatkę nowych części i zmian w projekcie można utworzyć w ciągu kilku minut, a co za tym idzie znacząco skrócić czas analizy.

POWÓD 4: BRAK KONIECZNOŚCI TWORZENIA DODATKOWEJ GEOMETRII

Istotą analiz termicznych i przepływu płynów jest sprawdzenie, co się dzieje w pustym obszarze (płyn) i jaki ma to wpływ na bryły, kiedy dochodzi do kontaktu z nimi. Jednak obszar wypełniony płynem lub gazem nie jest zwykle modelowany na projekcie jako osobna bryła.

Aby zapewnić reprezentację tego regionu w innych programach analitycznych, trzeba utworzyć dodatkową geometrię za pomocą narzędzia do modelowania brył. Część programów umożliwia wprawdzie automatyczne tworzenie brył dla objętości przepływów wewnętrznych, ale odbywa się to w dość przypadkowy sposób. Wynikiem tych operacji jest utworzenie brył odpowiadających nawet niepotrzebnie wyizolowanym objętościom, których nie ma potrzeby analizować.

Oprogramowanie SOLIDWORKS Flow Simulation automatycznie tworzy obszar płynu i może zidentyfikować wszystkie „puste” przestrzenie — zamkniętą przestrzeń przepływu wewnętrznego oraz obszar przepływu zewnętrznego, a także obszary brył różnych materiałów biorących udział w przekazywaniu ciepła. Ponadto umożliwia wykluczenie wgłębień, w których przepływ nie jest możliwy, a co za tym idzie — uniknięcie tworzenia niepotrzebnej siatki.

Program SOLIDWORKS Flow Simulation zapewnia obsługę złożonych i dużych geometrii, udostępniając symulacje przepływu płynów i przekazywania ciepła.

POWÓD 5: KONIEC Z DOMYSŁAMI

Dzięki programowi SW Flow Simulation nie trzeba już wybierać pomiędzy przepływem turbulentnym lub laminarnym — zmodyfikowana funkcja ścianek obsługuje model laminarno-turbulentny. Oprócz tego narzędzie SW Flow Simulation automatycznie uwzględnia ściśliwość.

Zmodyfikowany model turbulencji k-ɛ automatycznie opisuje przepływy laminarne, turbulentne i przejściowe.

POWÓD 6: WYDAJNA ANALIZA RÓŻNYCH SCENARIUSZY

Rozwiązywanie problemów dotyczących przepływu płynu i przekazywania ciepła to proces powtarzalny: po zapoznaniu się z wynikami analizy wstępnej większość użytkowników wielokrotnie modyfikuje swoje modele, aby rozwiązać zidentyfikowane problemy. Jeśli projekt 3D i platforma analityczna są zintegrowane, tak jak w przypadku oprogramowania SOLIDWORKS Flow Simulation i SOLIDWORKS, po wstępnym przebiegu wystarczy utworzyć wiele klonów swojego modelu.

W sklonowanych modelach zostają zachowane WSZYSTKIE dane analityczne, takie jak obciążenia i warunki brzegowe. Po zmodyfikowaniu modelu bryły można zatem dokonać jego natychmiastowej analizy bez konieczności ponownego przygotowywania. To bardzo proste.

W innych programach konieczny może być powrót do oryginalnego modelu CAD. Ponadto nawet jeśli możliwe jest wykorzystanie funkcji klonowania CAD po ukończeniu procesu interpretacji, nadal konieczne jest ponowne zastosowanie wszystkich obciążeń i warunków granicznych. Jeśli trzeba przeanalizować kilka wersji danego modelu, staje się to niezwykle uciążliwe.

Inżynierowie produktów rozwiązują liczne problemy dotyczące przepływu płynów, korzystając z badań parametrycznych, co usprawnia ocenę różnych scenariuszy dotyczących projektu i zwiększa jej intuicyjność.

POWÓD 7: OPROGRAMOWANIE SOLIDWORKS FLOW SIMULATION JEST ATRAKCYJNE CENOWO

Kolejną zaletą wyróżniająca oprogramowanie SOLIDWORKS Flow Simulation jest jego cena. Koszt rocznej dzierżawy tradycyjnych rozwiązań CFD wynosi około 25 000 USD. Jeszcze większy koszt większość firm musi ponieść w związku z koniecznością zatrudnienia ekspertów do obsługi tego oprogramowania. Analitycy muszą poświęcić sporo czasu na szkolenia, aby być na bieżąco z najnowszymi zmianami w kodzie.

Program Flow Simulation umożliwia znaczne obniżenie kosztu analiz przepływu płynów i przekazywania ciepła. Licencja wieczysta SOLIDWORKS Flow Simulation jest dostępna w przystępnej cenie. Program może być także używany przez inżynierów projektowania mechanicznego po minimalnym przeszkoleniu. Rozwiązanie SOLIDWORKS Flow Simulation działa na komputerach osobistych, a nawet na laptopach kosztujących zaledwie kilka tysięcy dolarów. Narzędzie SW Flow Simulation to doskonały wybór dla najlepszych producentów w branży.

POWÓD 8: DUŻA SPOŁECZNOŚĆ UŻYTKOWNIKÓW

Społeczność SOLIDWORKS to duża, globalna społeczność inżynierów produktów opracowujących najlepsze w swojej klasie, innowacyjne rozwiązania. Tysiące firm działających w branży zaawansowanych technologii, nauk biologicznych i urządzeń przemysłowych używa programu SOLIDWORKS Flow Simulation do przeprowadzania analiz CFD w ramach opracowywania swoich produktów.

Ponadto oprogramowanie SOLIDWORKS Flow Simulation jest uwzględnione w ofercie edukacyjnej firmy SOLIDWORKS, dzięki czemu studenci — przyszli inżynierowie — uczą się wykonywać wirtualne symulacje i analizy CFD z zastosowaniem inżynieryjnego podejścia.

LISTA PYTAŃ POMOCNYCH W PODJĘCIU DECYZJI

Odpowiedz sobie na osiem poniższych pytań, aby znaleźć skuteczne rozwiązanie do obsługi jednoczesnych analiz CFD:

1. Czy mogę korzystać z istniejącej geometrii 3D? Jeśli tak, to jak szybki jest proces przenoszenia?
2. W jaki sposób są uwzględniane zmiany w projekcie?
3. Czy muszę upraszczać modele? Jak się to odbywa?
4. Jak tworzony jest obszar płynu?
5. Jakim poziomem automatycznego tworzenia siatki dysponuję?
6. Czy muszę określać zadanie jako przepływ laminarny lub turbulentny?
7. Jak mogę testować scenariusze projektu z wykorzystaniem analizy różnych możliwości lub analizy parametrycznej?
8. Czy oprogramowanie CFD jest wystarczająco intuicyjne, aby nie musieli go obsługiwać eksperci? Czy są dostępne opinie klientów?