Simerics-MP/MP+运动机械CFD模拟专家

1 公司及产品概述

Simerics是一家美国的动力学软件/咨询公司,总部位于美国阿拉巴马州亨茨威尔市,它的使命是通过高效率、高精度的CFD仿真工具来支持您公司的研发。Simerics在CFD软件开发上坚持走面向企业用户的专业化道路,因此在汽车、航空、船舶、泵及工程机械行业都得到广泛应用。

Simerics公司的旗舰产品包括Simerics-MP和Simerics-MP+。Simerics-MP作为一个通用的CFD仿真软件,集核心CFD仿真功能与丰富物理模型于一体,可对包括单/多相流、湍流、空化、传热、传质、颗粒流与热固耦合等在内的多个物理过程进行准确高效的数值模拟。

Simerics-MP+作为Simerics-MP的更高级版本,不仅具备Simerics-MP的各项功能,同时还具备包括船舶、车辆、叶轮机械、容积泵、阀门以及系统仿真等在内的多个专业模板,可针对不同的领域分析特点准确高效的完成网格划分、模型设置计算以及后处理等工作。

2 软件功能特点

2.1完备的流动传热求解功能

Simerics-MP求解器利用RANS有限体积方法求解包括可压流/不可压流、层流/湍流、内流/外流、稳态/瞬态等在内的各种流动问题,可求解从蠕动流至超声速流问题,同样也可求解非牛顿流体以及真实气体等可变属性的流体问题。

Simerics-MP还可求解热传导、对流、热辐射、以及流/固材料之间的共轭传热问题,适用于强制对流或自由流自然对流的模拟。Simerics-MP的面对面S2S热辐射模型可以高效求解辐射传热,即使是带有大量辐射面的模型也可快速处理。

2.2稳健而精确的多相流技术

全空化模型

Simerics-MP拥有工业界独一无二的空化(汽蚀)模型,该模型基于A shok.Singhal 和Jiang Yu等人提出的全空化模型。全空化模型是基于两相流的模型思想,用Rayleigh-plesset方程求解气泡变化的动态过程,引入了混合密度的概念,并综合考虑了液体的可压缩性以及蒸汽的蒸发和凝结过程。对于非凝结气,Simerics-MP也提供了不同的子模型供用户选择,如固定气体质量分数、可变气体质量分数等。

VOF多相流模型

Simerics-MP VOF多相流数值模型技术特点如下:严格遵守质量守恒及不可压缩项的体积守恒;可考虑任意项的可压/不可压特性;可采用隐式或显式时间格式;具有高分辨率的交互面捕捉方法;内置表面张力模型和壁面接触模型;求解快速,同一模型较同类软件至少快5倍以上;具有良好的收敛性和稳定性。

2.3独特的专有网格技术

高度自适应的二叉树笛卡尔网格技术:Simerics-MP包括一个自动化的笛卡尔网格生成器,它可以便利的生成CFD求解器可以高效求解的高质量网格。这个网格生成器采用专有的几何等角自适应二元树(geometry Conformal Adaptative Binary-tree)算法,既CAB算法,CAB算法在由封闭表面构成的体域生成迪卡尔网格。在靠近几何边界,CAB自动调整网格来适应几何曲面和几何边界线。为了适应关键性的几何特征,CAB通过不断的分裂网格来自动的调整网格大小,这是利用最小的网格分辨细节特征的最有效方法。

Simerics-MP通用笛卡尔网格技术

Simerics-MP+运动机械模板网格技术:针对不同的运动机械模型,提供了一个模板化的网格生成器,通过一键式的操作专门生成运动机械转子部分的结构网格,如齿轮箱啮合齿轮的结构网格。

2.4高效的同步CFD分析功能

Simerics-MP可无缝集成在SolidWorks、 Creo等主流CAD环境中,所有设计-仿真-结果-改进设计过程都在CAD环境中完成。针对改进的产品设计,可一键式更新CFD模型,无需重复抽取流体域、网格划分等操作,效率极高。

成在SolidWorks里的Simerics-MP

2.5专业的运动机械模板(Simerics-MP+)

Simerics-MP+具备众多的专业运动机械模板,可快速完成不同运动机械模型设置。模板将运动机械CFD模拟的流程和规范内置到Simerics-MP+软件中,使CFD模拟的设置简单化,同时保证了计算结果的可靠性。模板的主要特点和功能如下:

覆盖绝大多数的运动机械,如不同结构类型的泵阀、压缩机、水下推进器以及其他运动机械如滚动轴承等;

可通过模板化的操作步骤快速生成各种容积泵、压缩机(如外啮合齿轮/摆线内齿轮/滑片泵等)运动区域的高质量网格,大大降低前处理的技术难度;

可指导用户设置不同类型运动机械仿真的动网格、物理模型和边界条件,使CFD仿真流程化、简单化、精确化;

可针对不同运动机械仿真的关注点自动设置合理的后处理结果输出。

  Simerics-MP+类型众多的泵、阀模板

2.6高效的整车模拟能力(Simerics-MP+)

Simerics公司长期服务于北美三大汽车厂商,并融入到客户的研发环节。基于整车研发需求,结合软件先进的物理模型、网格技术,以及整车模拟的应用特点,将整车CFD模拟的流程和规范进行定制封装,形成专业的整车热流分析模板,可精确模拟车辆发动机前舱通风、整车热管理、汽车涉水、整车气动性能等多方面的流动散热问题。功能特点如下:

无需繁琐的几何清理,几何模型直接可用;

网格生成模板化,一键式网格生成,自动多区块网格加密;

模型设置模板化,包括多孔介质,风扇模型设置,边界条件的自动设置等;

超快的建模能力,可节约3/4的建模时间;

精确的计算结果,多个车型的试验验证。

2.7高效的船体水动力模拟能力(Simerics-MP+)

为更好地协助用户进行船体的设计与分析研究工作,Simerics-MP针对船体设计与水动力分析的应用特点,结合软件内置的物理模型、网格技术、VOF算法和多自由度模型等技术优势,开发了专业的船体水动力流体分析模板。模板可对船体性能设计、摩阻/波阻、有效马力、推进速度/加速度、船体浮沉,以及船舶操纵/适航/推进系统等进行精确模拟并提供有效的性能预测,也可与专业的船型设计软件进行无缝集成,实现从船体设计到性能仿真的一键式操作。功能特点如下:

网格生成模板化,一键式网格生成,自动多区块网格加密;

模型设置模板化,包括对自由度模型(如俯仰、沉降、回转等)、非惯性坐标系以及动网格的设置等;

超快的建模能力, 2mins内完成网格建模, 5mins内完成模型设置。结合船型设计软件(如Orca3D)还可实现一键式设计-仿真流程;

稳健而先进的VOF物理模型,气液界面清晰;

精确的计算结果,多个船型数据的结果验证。

2.8高效的求解器

Simerics-MP求解器是在传统的CFD求解器基础上进行开发和改进,将其最新的数值技术与Simerics-MP专有算法相结合,建立了一个比其它竞争对手更快速、更稳健的数值模拟工具。一般来说,在同等计算条件下,Simerics-MP计算速度比同类软件快5倍左右。

同时Simerics-MP具备8/32/128/256及以上核数的并行版本,并行效率基本随并行核数线性增加,最大限度的使用了计算资源。强大的并行计算功能可协助用户快速进行复杂模型乃至系统级模型的CFD分析工作。

2.9可靠的计算结果

Simerics-MP计算结果的可靠性已经得到众多工程实例的验证。

3 典型应用案例

离心叶片机械:


             离心泵汽蚀余量预测                         离心压缩机性能预测

压缩机:包括式、活塞/滚动活塞式、罗茨式、螺杆式等。

滚动活塞压缩机仿真                涡旋压缩机仿真

容积式泵:

塞泵压力脉动预测

多相流问题仿真:

 油泵自吸仿真                            箱搅油润滑仿真

阀门及泵阀联合仿真:


阀门仿真                                         泵阀联合仿真

变排量泵仿真:

 

摆动式VDVP应用                        滑动式VDVP应用

汽车系统级模型仿真:


发动机冷却系统仿真                            发动机润滑系统仿真

 


曲轴箱通风模型                              发动机喷油冷却耦合模拟

整车仿真:Simerics-MP+将整车仿真流程采用模板式管理,结合其强大的网格技术,用户可以在较短的时间内实现整车建模与仿真分析。相较于传统的流程,采用Simerics-MP+进行整车仿真,时间周期可减少约3/4。

整车机舱通风仿真                              汽车涉水仿真

水下航行体仿真:

螺旋桨仿真                                    喷水推进器仿真

船体水动力仿真:

船行波仿真                                                阻力预测

快艇速度预测