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1、 .Lecture 1IntroductionFlomerics中国代表处中国代表处 李中云李中云1. .What is EFD?Engineering Fluid Dynamics (EFD)工程工程流体动力学流体动力学高级而又灵活易用的流体流动与换热分析软件.2. .EFD product lineEFD.Lab: 通用的流动与换热动分析软件通用的流动与换热动分析软件EFD.Pro: 完全集成于 Pro/ENGINEER中的EFD.Lab版本EFD.V5:完全集成于CATIA V5中的EFD.Lab版本3. .却与传统 CFD不同!EFD软件“讲述”工程师的语言，允许用户关注于工程设计任务
2、。NIKA的EFD替用户封装了复杂的数学/数值算法以及流体动力学方程.专业的分析专家，在此并非必要并非必要!4. .EFD.Lab采用有限体积方法求解控制方程采用有限体积方法求解控制方程 Finite Volume (FV) Method，网格在一空间网格在一空间立方体区域内采用笛卡尔坐标进行离散立方体区域内采用笛卡尔坐标进行离散。5. .Analysis TypeInternal flows为内流分析，比如管内流动，容器内流动，建筑物内流动等.External flows 为外流分析，如绕飞机，绕汽车，绕建筑物流动等.6. .Analysis Type OptionsExclude inte
3、rnal spaces. 对于分析中有内部封闭区域的时候使用该选项的话将意味着您对此封闭区域将做排除于分析处理。.Exclude cavities without flow conditions.该选项应用于内流分析或者是外流分析。该选项对于封闭的内部空间且曲面上不带有边界条件边界条件或者是是风扇风扇的情况下是很有用的。如果您选择上面两个中任意一个选项，那么EFD将用 solid充满空间.7. .Heat Conduction in Solids导热材料 初始温度8. .Surface-to-surface Radiation求解包括固体间换热的情况。固体温度很高且/或气体稀疏。与对流换热相比
4、，固体表面之间的辐射换热更为显著。9. .Satellite exposure to sun radiationSatellite exposure to sun radiationR Re eShadowSun raysSun raysR Ro oSatellite卫星模型TrajectoryRe= 6300 kmRo=48000 km热源 1.5 kW卫星材料 Aluminum发射系数 = 0.710. .Time - Dependent Analysis稳态分析 非稳态分析 (瞬态,或者与时间相关)初始条件必须准确.11. .Fluid Type and Compressibility气
5、体 / 液体牛顿 /非牛顿流体压缩与不可压缩流体蒸气12. .可压缩流体可压缩流体 = (T, P)对数律对数律: :指数律指数律: :理想气体理想气体 M, = (T), = (T), Cp= Cp(T)不可压缩流体不可压缩流体 = (T, y), = (T), = (T), = (T), Cp= Cp(T)13. .非牛顿流体非牛顿流体能够计算非弹性非牛顿流体的层流.The Herschel-Bulkley modelThe power-law modelThe Carreau model14. .压缩流动压缩流动如果流体密度与压力相关，那么密度的变化是比较重要的，则流动被视为可压缩的。气
6、体一般是可压缩的。液体可以压缩性的或者是不可压缩的。15. .湍流湍流湍流一般在整个流场或者是近壁边界层上存在。如果你没有指定层流或者是湍流，流动可能是层流、湍流或者是过渡层 (取决于流动特征)。16. .重力影响重力影响包括对于自然对流问题时的重力影响。TVXVY17. .多孔介质多孔介质多孔介质流动阻力：其中 P- 流体压力, - 流体密度, V- 流体速度多孔介质在EFD中被处理为分布式压阻。18. .多孔介质多孔介质四个多孔介质渗透性类别： 各向同性 单向性 轴对称性 各向异性Efd允许指定k ：使用如下公式: k = P S/(m L), 其中 S-面积, L-长度, m 质量流量
7、k = (AV+B)/, 其中 A, B 指定常数 k = /(D2), 其中 D- 参考小孔尺寸, - 动力黏度 k = /(D2)f(Re)19. .水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝气体包含水蒸汽预测与流体局部温度与压力相关。20. .PTGL饱和曲线Tmin=283 KPmax=10 MPa21. .汽化汽化对于许多工程设备来说一个通常遇到的问题是主要工质是流体状态。 流体局部压力可能低于蒸汽压力。 由于强热的影响局部水沸腾22. .PTGLSaturation curveTmin=277.15 KThe homogeneous equilibrium cavitationPmax=107 PaTm
8、ax=583.15 K23. .相对湿度相对湿度相对湿度定义为当前压力和温度下水蒸汽密度与饱和蒸汽密度之比： = = H2OH2O/ / H2O_sH2O_s 100%, 100%, H2O_s H2O_s 在指定温度和压力下的饱和水蒸汽密度在指定温度和压力下的饱和水蒸汽密度24. .压音速超音速超高音速高马赫数与超高马赫数高马赫数与超高马赫数25. .汽车汽车航空航空电子电子机械机械食物食物石油天然气石油天然气能源能源制冷通风与空调制冷通风与空调阀门与灌溉设备阀门与灌溉设备环境环境医疗医疗 and many more!EFDEFD in Industryin Industry26. .Lec
9、ture 2 向导向导27. .Wizard and NavigatorWizard指引用户step-by-step创建一个新的项目 。Navigator允许直接进入允许直接进入 wizard中的对话框.28. .29. .Navigator面板包含下面的按钮, 该按钮可以直接进入Wizard中的相关对话框:项目配置项目配置单位系统单位系统分析类型分析类型默认流体默认流体默认固体默认固体 (如果固体间导热选项被开启)壁面条件壁面条件初始条件初始条件 (对外部分析而言就是初始与环境条件)结果与几何结果与几何“精度精度”如果已经定义好了所有的数据，那么按Finish就可以创建项目了.30. .Be
10、gin with Wizard流动分析流动分析, 项目项目, 向导向导Step 1: 项目配置项目配置 31. .Step1: Project Configuration32. .Create new：如果你想拷贝当前配置，并且添加一个：如果你想拷贝当前配置，并且添加一个新的项目于它新的项目于它.输入一个新的 Configuration name.Use current：如果你想用目前的配置添加一新的：如果你想用目前的配置添加一新的 EFD项目. 如果当前配置已经包含了一个项目，那么该项目会被取代，并且原先里面的所有数据会丢失。添加Comments 到项目中： 项目创建完后，也可以修改comm
11、ents，只要点击 Flow Analysis, Project, Edit Comment.33. .Step2: 单位系统单位系统34. .CGS 厘米-克-秒FPS 英尺-磅-秒IPS 英寸-磅-秒NMM 牛顿-毫米-千克-秒SI 国际单位: 牛顿 米 千克 秒USA 英尺-磅-秒(压力 psi, 体积流量 CFM)单位系统单位系统35. .在运行Wizard前前, 你可以检查Units数据库，如有必要数据库，如有必要可以在定义自己需要的单位系统可以在定义自己需要的单位系统：点击 Flow Analysis Tools Engineering Database Units.在完成Wiza
12、rd后后,你可以调整项目的单位系统 ：点击 Flow Analysis, Units.36. .Step3: Analysis Type37. .Analysis typeInternal flow：固体封闭形成流动空间 e.g., 管内流, 容器内部流, 制冷空调通风, etc.External flow：未封闭区域的流动. 这种情况下流动包围所有的固体模型： e.g., 绕飞机流动, 汽车, 建筑物, etc. 如果想分析内部和外部的流动，那么一般你需要定义External外部流动外部流动：e.g. 比如绕建筑的流动38. .考虑腔体封闭考虑腔体封闭对于有一些模型内部包含部分封闭空间，但是
13、不想让其参与计算的话，你可以采用两种方式减少仿真的时间:Exclude internal spaces：允许你做：允许你做External 分析分析的时候不考虑内部封闭的空间的时候不考虑内部封闭的空间.Exclude cavities without flow conditions：对于 Internal和和 External的的分析，选择这项的话,对于封闭区域上没有 Boundary Conditions、区域表面上也、区域表面上也没有没有Fans 的话，该封闭空间就不会被考虑.39. .物理特性物理特性固体导热固体导热40. .辐射辐射41. .与时间相关与时间相关重力重力42. .旋转旋
14、转43. .Step4A: 默认流体材料默认流体材料44. .Step4B: 默认固体材料默认固体材料45. .Step5: 默认壁面条件默认壁面条件46. .默认壁面热条件默认壁面热条件Adiabatic wall ：绝热壁面：绝热壁面Heat transfer rate：热传输率：热传输率Heat flux：热流量：热流量Wall temperature：壁面温度：壁面温度47. .Step6: 初始与环境条件初始与环境条件48. .对于 External分析分析49. .在参数定义（Parameter Definition）可以手）可以手工设置初始（环境）条件，或者是采用其他项工设置初始
15、（环境）条件，或者是采用其他项目的结果作为当前项目的初始（环境）条件目的结果作为当前项目的初始（环境）条件:选择 User Defined：手动设置：手动设置 选择 Transferred ：采用其他计算的结果：采用其他计算的结果50. .Step7: 结果与几何结构分辨率结果与几何结构分辨率51. .结果分辨率定义结果分辨率定义: Level of initial mesh ：初始网格等级初始网格等级 在 Initial Mesh Settings 对话框中设置. 仅控制初始网格. Results resolution level：结果分辨率等级：结果分辨率等级 在 Calculation
16、Control Options对话框中设置控制计算时对计算网格的 refinement 和计算结束条件。 52. .使用滑条, 你可以选择八个等级之中的任何一个The first level ：能最快给出结果，但是精度不高. The eighth level：能给出最准确的结果，但是需要比较长的时间计算收敛.几何分辨率（Geometry Resolution）选项：）选项： 也可以影响初始网格。可以在 Initial Mesh对话框中修改对话框中修改, 或者在 Local Initial Mesh 对话框中修改局部几何分辨率。 53. .Navigator面版面版54. .教程教程 球阀设计球
17、阀设计55. .Lecture 3 边界条件边界条件& 初始条件初始条件56. .条件条件EFD中任何问题都必须设置合理边界条件（ boundary conditions ）与初始条件（ initial conditions ）才能进行求解。对于稳态问题，初始条件影响收敛速度，边界条件完全决定流动特征。对于瞬态问题I，流动特征与时间相关，初始条件和边界条件都影响计算结果。57. .创建边界条件创建边界条件在EFD特征工具条上点击创建边界条件按钮Flow Analysis, Insert, Boundary Condition.在 EFD分析树下右键点击Boundary Conditions图标
18、图标 再选择 Insert Boundary ConditionEFD.Lab中你还可以直接右键点击直接选取模型上的面，再选择Insert Boundary Condition来来在选种的面上创建在选种的面上创建 边界条件。58. .在模型中可以直接看到已经定义好的边界条件: 彩色箭头指出方向和边界类型. 在EFD分析树中右击某个边界条件项，再选择Show 或者Hide 来显示或者是关闭箭头。59. .边界条件类型边界条件类型Flow Openings：流动开口：流动开口进口或者是出口速度; 质量流量; 体积流量Pressure Openings：压力出口：压力出口静压; 总压; 环境压力Wa
19、lls：壁面：壁面实际面; 理想面60. .Flow Openings ( )：流动开口：流动开口Inlet/outlet：进口与出口Mass Flow ：质量流量Volume Flow：体积流量 Velocity：速度61. .Flow Parameters：流动参数：流动参数Normal To Face：流动垂直于开口面Swirl ：允许指定关于某轴的旋转流右手螺旋定律角速度和径向速度3D Vector：X, Y, Z 速度分量62. .Inlet Profile：对于积分型进口流动条件 ，如：质量流量和体积流量, 你可以指定进口速度分布 (e.g. 抛物线型分布).63. .Pressu
20、re Openings ( )：压力开口条件：压力开口条件静压（静压（Static Pressure）, 总压（总压（Total Pressure ）或者是环境压力（或者是环境压力（Environment Pressure） 环境压力（Environment Pressure）条件被）条件被EFD解释为入流总压和出流静压。解释为入流总压和出流静压。温度（温度（Temperature ）64. .Walls ( ):壁面壁面Ideal wall：理想壁面：理想壁面理想壁面允许你选择面作为绝绝热无摩擦热无摩擦壁面而不是默认流体摩擦。Real wall：实际壁面：实际壁面可以指定粗糙度and/or
21、传热系数 and/or 壁面温度 65. .Walls ( ) :壁面壁面Wall Temperature：壁面温度：壁面温度指定的壁面温度作为热源Heat Transfer Coefficient：换热系数：换热系数Q = (Ts - Tf) S.Wall Roughness：壁面粗糙度：壁面粗糙度66. .其他参数其他参数Humidity：湿度：湿度. 如果项目中气体的相对湿度也计算了的话 (打开湿度选项)Substance Concentrations：物质浓度：物质浓度. 对于多种流体存在时，可以指定每个流体的相对质量/体积浓度Turbulence Parameters：湍流参数：湍流
22、参数Boundary Layer：边界层：边界层.Turbulent or Laminar (默认为Turbulent).67. .初始条件初始条件如果你想快速求解Internal 流动问题, 那么简单指定初始条件接近求解的解 (而不是采用默认的值)。 如果想求解 External问题问题, 你指定初始条件作为初始与环境条件。环境条件是不受干扰的外部独立流动参数.68. .对于气体:静态压力, 静态温度, 静态密度 (其中任何两项)速度 (或者马赫数)对于液体:静态压力, 温度和速度对于固体:温度69. .创建初始条件创建初始条件在EFD特征工具条上点击 创建初始条件Flow Analysis
23、, Insert, Initial Condition.在 EFD分析树中右击Initial Conditions图标图标，选择 Insert Initial Condition70. .局部初始条件局部初始条件你可以对一个项目的internal流动区域内单独定义一个局部初始条件使之与默认不同。封闭流动区域在该区域封闭面上选择一个面disabled 部件备注：如果一个流体部件与固体区域重叠, EFD将认为重叠区域为固体71. . What is Dependency?容许你以适当的方式指定数据：常数, 与 x, y, z, r, phi ( ), theta ( ) 坐标与时间 t(仅对 瞬态
24、分析有效瞬态分析有效) 相关的表格与公式. 72. .Dependency ( )Constant: 该值为常数，默认输入为常数.Table：允许你用表来定义与坐标或者是时间相关的参数.从 Excel, txt导入Ctrl+C 和 Ctrl+VPreview：预览Table中的参数值必须升续排列中的参数值必须升续排列73. .Formula definition：公式定义 与 x, y, z, r, phi, theta坐标和时间t (仅对 瞬态分析)相关. log, sin, exp, cos和 tan函数里的参数必须用括号包进去。 “” 符号是指幂. 如:指定 sin2x ： sin(x)
25、2. 指定 sin x2 ： sin(x2).74. .Tutorial耦合换热耦合换热75. .Lecture 4 Goals and conditions76. .What are Goals?EFD包含停止计算的内嵌准则, 但是采用自己的准则是更好的： Goals（目标）（目标）. 在项目中，你指定Goals作为感兴趣的物理参数, 所以Goals的收敛，从工程的角度上讲可以认为是达到了稳定的解.77. .How does it work?当EFD分析goal的收敛性时，它会将goal的差量与收敛准则差量进行比较：差量 指的是在分析interval中 goal 的最大最小值之差； 当goa
26、l的差量 = goal收敛准则差量时，计算认为已经达到收敛。78. .创建创建 GoalsPoint Goal 在某点上计算物理参数在某点上计算物理参数Global Goal 在整个计算域内.Surface Goal 在模型某个面上.Volume Goal - 在计算域内某个体上流体或者固体.Equation Goal 一个方程 (基本数学方程). 以已经定义好的goals或者输入数据特征 (整体的初始或者环境条件, 边界条件, 风扇, 热源, 局部初始条件, 等)作为变量。79. .最小 (Min), 平均 (Av)最大 (Max) 质量平均 (Bulk av.)Av = Bulk av.
27、=80. .EFD分析树中黄色-红色图标 表明该goals 对收敛性没有任何影响。同样这些 goals 在Goal Plot 和Goal Table 监视对话框中也没有进度条。名字PG GG SGVGEquation Goal + 81. .Heat Sources：热源：热源Surface Source ：面热源：面热源Heat Transfer Rate, Heat Flux（若不考虑固体内（若不考虑固体内热传导热传导）Heat Generation Rate, Surface Heat Generation Rate （若考虑固体内热传导（若考虑固体内热传导）Volume Source
28、：体热源：体热源TemperatureHeat Generation RateVolumetric Heat Generation Rate82. .正值代表生成热，负值代表吸收热对Volume Source 若该部件处理为 solid, 那heat conduction in solids 就会被考虑. 若该部件处理为 fluid, 那你必须在Component Control 对话框中对话框中disable 该部件.83. .Fan：风扇：风扇风扇 是一种理想设备，它提供是一种理想设备，它提供体积或者质量流量体积或者质量流量 (可以带旋转).风扇性能曲线可以在 Engineering Da
29、tabase找到.当选择风扇时，强烈建议您和供应商联系，获取风扇的性能曲线。84. .风扇性能曲线85. .External Fan:外部风扇外部风扇Inlet Fan ：送风：送风Outlet Fan：抽风：抽风 对于Inlet和和Outlet风扇，风扇，你指定环境压力。内部静压由计算时获取，它在风扇面上处理为平均压力。Internal Fan ：内部风扇：内部风扇含有出口面 (流体到风扇) 和进口面 (风扇到流体)。静压决定风扇流量，它在流动计算时获得，风扇面上平均处理。86. .你可以指定风扇关于某参考轴旋转一角速度. 你可以指定流体温度和组分浓度. 当然,你可以重新输入湍流参数 (湍流
30、强度和长度或者湍流能量和耗散率).87. . Engineering Database：工程数据库：工程数据库Flow Analysis, Tools, Engineering Database里面具有许多丰富的物理数据：gas, liquid, non-Newtonian liquid, compressible liquid, steam and solid. 对于风扇曲线定义来说定义系列静压与流量点。对于风扇曲线定义来说定义系列静压与流量点。多孔介质模型88. .不同固体材料间可以有接触热阻对于散热器简化模型需要热阻与压降曲线TEC定制可视化参数辐射面属性单位 EFD.Pro defined data are stored in the ChemBase.mdb fileuser-defined dataare stored in the ChemBaseUser.mdb file89. .Tutorial 多孔介质多孔介质90.
