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    Flowmaster是什么?

     

     Flowmaster軟件是全球領先的 一維熱流體系統仿真專家,對于各種復雜的流體系統,工程師可以利用Flowmaster快速有效地建立精確的系統仿真模型進行瞬態/穩態求解并進行壓力、流量、溫度、流速等參數的分析。

    Flowmaster基于BHR(英國流體研究協會)首席主管專家D.S.Miller先生的著作《Internal Flow Systems》開發。自1987年Flowmaster第一版問世到如今的FlowmasterV7,20多年以來已發展成為算法先進、數據完善、功能全面的熱流體系統仿真專家,廣泛應用于航空航天、汽車、燃氣輪機、船舶、兵器、能源動力與流體管網等各個工程領域。截止目前為止,已有1500多家公司先后購買了Flowmaster軟件,用戶遍布全球40多個國家和地區,Flowmaster已經通過了ISO9001和TickIT認證。

      

    ◆  滿足各行業需求

     Flowmaster 通用版

    ★  Flowmaster汽車版

      Flowmaster航空航天版

      Flowmaster燃氣輪機版

      Flowmaster能源電力版

    Flowmaster能做什么?

    在實際工程應用中,我們在分析某一獨立元器件的同時,還需對復雜的流體系統進行研究。例如汽車發動機的冷卻系統、電子設備的散熱系統、飛機燃油系統以及大規模管網輸送系統等。

    一維仿真是專門針對系統級別的仿真技術。在系統分析時,我們不需要考慮部件的內部結構和截面參數梯度,只研究沿流動方向的變化;系統中的元件,只需考慮進口和出口。以發動機冷卻系統為例,運用一維仿真技術可以輕松建立模型并求解出系統中各節點的溫度、壓力、流速和各部件的溫升及壓降等參數變化。

    ◆  一維CFD仿真

    系統級仿真,只關注元件進出口和流動方向上的變化而忽略截面上的參數梯度及元件本身內部的復雜結構。

     

    ◆  三維CFD仿真

        即元件級仿真,是建立在空間坐標系下,考慮X、Y、Z三個方向上參數變化梯度的數值模擬。

    作為全球領先的熱流體系統仿真軟件,Flowmaster幫助工程師對復雜的流體系統進行設計、驗證、優化以及維護仿真。

    ◆  Flowmaster能求解

            壓力、溫度、流量預測

            液體、氣體 & 制冷系統仿真

          ●  穩態 & 瞬態分析

          ●  可壓 & 不可壓縮流

          ●  流動 & 傳熱分析

            參數研究

          ●  任意規模及復雜度的系統

    ◆  Flowmaster應用于

          ●  電子行業

              大型電子設備液冷系統等。

          ●  航空航天工業

              環控系統(ECS)、燃油系統、液壓系統以及水系統等。

          ●  汽車工業

               發動機冷卻、潤滑、排氣、燃油噴射和整車熱管理。

          ●  能源電力工業

               燃氣/蒸汽輪機、發電、蒸汽側、鍋爐等。

          ●  船舶工業

              推進冷卻、燃料供應、壓艙水系統等。

            過程工業

              除塵、消防、泄壓、沖擊抑制、運輸和蓄水系統等。

          ●  石油/天然氣工業

              原油輸送、分配、泵站、壓載和輔助系統等。

    為什么選擇Flowmaster?

    ◆  先進的軟件架構

    Flowmaster基于SQL Server關系數據庫和.net框架,關系數據庫保證了系統的可伸縮性,使得Flowmaster可迅速適應新的工作流程和由于業務成長而產生的新的合作需求;.net框架保證了平臺的安全性和進一步開發的可能。在商業競爭日趨激烈的今天,基于.net框架的Flowmaster可以使商業敏感數據在團隊成員之間安全傳遞,提供穩定、可靠而安全的多用戶環境,允許公司內部不同部門的項目人員在安全的環境下存取所有的模型,并同時運行仿真。

     受益于這個先進的軟件架構,Flowmaster實現了快速的軟件開發,相繼推出了Flowmaster通用版、汽車版(Automotive)航空版(Aerospace)、燃氣輪機版(Gas Turbine)和能源電力版(Power)。

    ◆  完善的數據管理

         ●  在符合工業標準的相關數據庫中安全存儲所有的Flowmaster數據

           通過回滾功能完整追蹤設計變更歷程

          通過用戶組管理受保護數據的讀寫權限

         ● 不管中心數據庫連線或離線,數據庫同步功能保證用戶安全工作

    ◆  流程化的平臺界面

     Flowmaster的操作界面采用美觀且標準化的windows平臺軟件風格,布局和主流的CAE、CAD軟件相似,整個操作界面分為三個主要部分:工具欄(左)、建模區域(中)及分析后處理區域(右),構成了一個人性化的從左至右的工作流程。設計分析人員首先在左邊的工具欄新建一個“項目”(project)及“系統模型”(network),接著在建模界面中進行系統模型的搭建和修改,最后在分析后處理區域中進行參數設置,運行分析,讀取結果。整個過程由左至右,條理明晰,既符合工程師的使用習慣,又滿足系統仿真的分析需求。

    ◆  人性智能的建模方式

    Flowmaster創新性地內嵌了智能專家系統,該系統將Flowmaster公司20多年的流體知識和經驗積累集成到了軟件當中,最大限度地減少了對工程師實際經驗的依賴,降低了使用者的入門門檻。

    Flowmaster內置的專家系統不僅能確保工程師僅僅能插入與系統兼容的元器件,還人性化的用不同的顏色表示不同輸入參數的重要程度,同時定義了參數的常規上下限值。如此不僅界面直觀明了、通俗易懂,而且最大限度降低了工程師建模的困難和出錯的概率,提高工作效率。

     

    Flowmaster七大技術優勢

    ◆  豐富開放的元件庫

    Flowmaster軟件擁有豐富完善的元件庫,幾乎涵蓋了目前流體系統需要的所有標準元件和針對行業特定的元器件,大大提高其在工業領域的專業性。

          標準元件

           管道類、彎頭類、過渡類、閥門類、節流類、泵類、水箱類、換熱器類、邊界源類等。

         汽車專用元件

          發動機、節溫器、增壓器、噴油器等

         航空航天專用元件

           駕駛艙、燃油引射泵、控制閥、水分離器等

         燃氣/蒸汽輪機專用元件

           渦流空氣源、旋轉通道、腔室、密封元件等

      ●  能源電力專用元件

          冷卻塔、鍋爐、兩相流管道、冷凝器等。

    ◆  內嵌的流體數據庫

    Flowmaster軟件是基于BHR(英國流體研究協會)首席主管專家D.S.Miller先生的著作《Internal Flow Systems》開發的。在此書中,Miller對流體系統的部件進行了大量的試驗,得到可靠的流動損失數據;更為重要的是,英國流體研究協會對各種流體內流系統進行了超過10000小時的實驗,并把所得的實驗結果和數據全部嵌入到Flowmaster的數據庫中。

    ◆  強大的功能模塊和求解能力

           可壓 & 不可壓縮流

         ★  穩態 & 非穩態求解

           流動&傳熱分析

           兩相流求解

           溫度、流量、壓力預測

           管網流量平衡分析

           多組分流體分析

           參數研究

           任意復雜管網系統

    Flowmaster仿真能力最突出的表現就在于其基于多功能瞬態求解器的強大的非穩態分析能力。

    ●  流體填充模擬

    ●  發動機冷機啟動模擬

    ●  節溫器響應

    ●  管網水錘 & 氣錘分析

    ●  空泡預測

    ●  二次空氣系統模擬

    ●  漩渦模擬

      相變 & 空調制冷仿真

    ●  泵啟/停效應

    ●  冷卻塔性能優化

      蒸發 & 沸騰

    ◆  精確的計算結果

    對于由多個元件組成的流體系統,Flowmaster的解算器利用迭代求解系數矩陣的方式計算出系統的節點壓力,然后根據元件的流阻特性及流量守恒的原理得到主干和分支的流量,進而得到壓力、流量流速、雷諾數等參數。

    對于熱流體系統,Flowmaster將動量方程、連續性方程和能量方程同時進行耦合求解,根據元件熱特性參數,考慮元件與流體介質及環境的熱傳導、對流換熱及輻射換熱,以及溫度對流體介質(如液壓油、滑油等)的動力學粘度、定壓比熱、密度和熱膨脹速率的影響,通過反復迭代得到熱流體系統的溫度分布,并給出元件的實際換熱量、熱阻、換熱效率及努塞爾數等參數。

    ◆  專業的后處理

    Flowmaster強大的數據庫管理能力,保證了仿真結果儲存的完整性,使得工程師關注的參數都能在結果區保存下來。

     同時,Flowmaster具備多元化的后處理功能,包括仿真結果的動態顯示、色譜顯示以及強大的報表生成功能等,滿足工程師對計算結果的不同輸出要求。

     

     Flowmaster可對瞬態仿真進行動態顯示,方便工程師實時監測流量、壓力、溫度等關心參數的變化趨勢。 

      Flowmaster內嵌自動生成報表功能,能自動生成計算報告,內含模型的所有輸入參數和元件信息以及計算結果。

      另外,Flowmaster還具備更加智能化的表盤顯示,例如在進行汽車整車熱管理仿真時,能將發動機轉速、車速、水溫、室內溫度等顯示在模擬汽車的表盤上。

    ◆  Flowmaster V7 / FloEFD集成1D-3D聯合仿真

    自Flowmaster 7.9.1起,集成了與主流三維CFD軟件FloEFD的直接接口,進行1D-3D協同仿真。

    該FloEFD接口包含有元件自動創建、特性曲線自動創建和特性曲面自動創建功能,用戶可將FloEFD三維計算得到的部件特性數據導入到Flowmaster對應元件中,使得Flowmaster元件特性數據更能反映其真實特性。如將發動機水套FloEFD仿真結果導入到Flowmaster發動機元件特性中。

     

    圖  Flowmaster / FloEFD集成1D-3D協同仿真

    ◆  多元化的接口

    Flowmaster具備與三維CFD軟件、Matlab、iSIGHT、AVL BOOST、Office等大量軟件的直接接口,并且具備開放而多樣的聯合仿真接口開發能力,易于實現軟件集成與半實物仿真。同時,Flowmaster V7進一步增加了MpCCI接口,可實現系統級與部件級仿真的多物理場耦合。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Flowmaster應用

    20多年以來,Flowmaster以其完善的元件數據庫和精準的求解能力廣泛應用于航空航天、汽車制造、燃氣輪機、能源電力、食品加工、醫療、運輸、冶金、船舶等各大行業。在得到客戶認可的同時,Flowmaster也在不斷完善自己,相繼推出了Flowmaster通用版以及針對特定行業定制的Flowmaster汽車版、Flowmaster航空航天版、Flowmaster燃氣輪機版和Flowmaster能源電力版。

      Flowmaster通用版

    Flowmaster通用版涵蓋V7基礎數據庫,求解管網系統流動與傳熱,包括大型電子設備液冷、空調送風/通風、除塵、給水、石油、天然氣輸送以及熱設備冷卻等系統。Flowmaster能求解出系統中流速大小、流量分配、壓力損失以及溫度變化,廣泛應用于大型電子散熱、船舶工業、過程工業(冶金、消防、運輸、食品加工等)、石油天然氣工業及其他行業。

    ◆  船舶工業

    Flowmaster以其強大的求解能力廣泛應用于船舶工業熱流體系統計算仿真。

    Flowmaster可模擬:

      推進系統冷卻

      ?  潤滑系統

      通風系統

      液壓系統

      飲用水/污水系統

      燃油供應系統

     壓艙水進/排系統

    ◆  電子冷卻與空調工程

    圖  Flowmaster應用于雷達液冷系統模擬

      Flowmaster應用于空調送風系統

    ◆  過程工業

    ◆  石油/天然氣工業

     

      Flowmaster航空版

    Flowmaster航空版是基于Flowmaster V7平臺開發的專門針對航空航天工業的熱流體仿真軟件。通過專用的航天器系統建模功能、工業級定制元件庫,以及精簡優化工作流程,用戶可以更加容易和快速的建立系統模型并運行仿真。

    Flowmaster航空版在已有的流動與傳熱元器件庫的基礎上擴展了航空領域專用的元器件,包括引射泵、混合腔、流量控制閥、壓力控制閥以及動力閥等,在飛機環控系統(ESC)、燃油系統、液壓系統、空氣制動系統、供水/排水系統等方面有著廣泛的應用。

    ◆   環控系統(ECS)   

    Flowmaster能在一個單獨模型里仿真飛機整體環控系統,這對艙室氣流分布及其子系統的設計具有重要意義。通過濕度模擬可分析飛機冷卻包的濕度變化,精準預測壓力、溫度和流量等參數;利用除冰和引氣系統的內嵌元器件可模擬和優化空氣管理系統。

    作為ECS的高級應用,Flowmaster還可以模擬直升機一般采用的VCS(蒸汽循環系統)。同時,Flowmaster還定制了適用于小型飛機的高級艙室元件,可分析駕駛員室熱負荷及內外空氣流動。

    ◆  燃油系統

    不同于汽車,飛機燃油系統的供油壓力和流量會隨著飛行狀態和高度的變化而改變,以保證引擎的正常工作。Flowmaster利用高級燃油箱、引射泵、單項控制閥等航空定制元件分析油壓、油溫、供油量以及OBIGGS。

    Flowmaster航空版還集成了3D坐標系,可模擬飛機外部受到的“體力”,包括傾斜、翻滾和擺動,保證在極端環境下燃油系統能正常工作;對加注口和安全閥的瞬態仿真可防止靜電荷的建立和空氣腔的出現。

    ◆  液壓系統

    Flowmaster利用活塞泵、液壓缸、壓力調節閥等標準元器件,實現對飛機液壓系統的仿真,并可通過后期的頻域分析優化閥門和執行器的控制策略,大大降低了地面測試的時間和費用。

    ●  壓力損失

    ●  動態性能

    ●  子系統間相互作用

    ●  瞬間壓力峰值

      熱性能

    ◆  供水系統

    Flowmaster可應用于飛機的飲用水及污水系統。通過穩態和瞬態分析,監測系統壓力損失、流量等參數變化。

      Flowmaster汽車版

    Flowmaster汽車版是專門針對汽車行業熱流體仿真推出的軟件。它建立在Flowmaster V7平臺之上,基于V7版的求解器,具有專業圖形界面的汽車專用元件庫和高級汽車系統建模功能,使得用戶在解決汽車行業特殊性的流體系統問題時更加便捷和準確。

    Flowmaster汽車版內嵌了汽車專用元件,可解決發動機冷卻系統、潤滑系統、燃油噴射系統、排氣系統、空調系統、空氣側系統及整車熱管理等汽車流體系統的流動與傳熱問題。

    ◆  冷卻系統(Cooling)

    Flowmaster冷卻系統解決方案能讓工程師對暖機時間、節溫器響應、冷卻系統溫度監控、冷卻液膨脹和發動機缸體溫度進行分析和預測。

    ◆  潤滑系統(Lubricating)

    Flowmaster潤滑系統分析可以確保各部件得到充分潤滑,使軸承達到工作條件,減小摩擦損耗。同時,該模型還可用來優化與之相關的零部件尺寸及熱管理。

    ◆  燃油噴射系統

    Flowmaster燃油噴射系統模型可以讓工程師輕松獲得儲油箱填充率、油壓、流量、溫度、高壓共軌壓力、頻域結果、油泵尺寸和噴油器特征曲線等參數。

     

    ◆  排氣系統(Exhaust)

    利用Flowmaster可以模擬汽車從發動機排氣歧管到尾部消音器的整個排氣過程,同時可以預測排氣壓力、流量、壓力損失、溫度等性能參數。模擬方式包括玩管內的全換熱分析和不規則彎管內的加權換熱分析。

    ◆  車載空調系統

    通過Flowmaster對汽車空調系統的分析,可對其性能進行評價,對其能耗進行預測,以及探討對冷卻溫度和車艙內空氣品質的影響。

    ◆  空氣側系統

    Flowmaster空氣側模型可分析和預測空氣側系統的壓力損失、空氣流量、流速及熱力性能等。

     

    ◆  整車熱管理(VTM)

    Flowmaster的車輛熱管理系統能夠將多個車輛流體系統耦合在一起進行全局仿真,考慮多種氣體、液體和兩相介質的循環回路的相互作用。Flowmaster快速的求解能力和全面的流體系統元件庫使工程師能夠輕松的分析任意復雜度的熱管理系統。事先考慮熱系統各部件間的相互熱耦合影響,將帶來極大的益處,按這種方法進行熱系統設計,在制造模型以及模型改進時,將節約大量的成本。

    Flowmaster燃氣輪機版

    Flowmaster燃氣輪機版是基于Flowmaster V7平臺開發的專門針對燃氣/蒸汽輪機的熱流體仿真軟件。

      Flowmaster燃氣輪機版能模擬

              渦輪葉片冷卻系統;

            ●  二次空氣系統;

              霧化系統;

            ●  火焰筒熱流;

            ●  潤滑系統;

            ●  燃料供應系統;

              吹洗空氣流;

              噴水系統

      針對燃氣/蒸汽輪機的高級求解方法

    ★  漩渦求解

    Flowmaster燃氣輪機版在基礎分析模塊上集成了漩渦求解器。該求解器能模擬渦輪發動機內由預旋噴嘴、動葉片等旋轉部件引發的漩渦,并能求解該漩渦的誘導、生成、傳播等特性變化。

    ★  二次空氣

    通過漩渦求解器和空腔元件等專有元器件,可模擬燃氣輪機的二次空氣系統。

    ★  多組分流體仿真

    可模擬多組分流體的混合和分離,該功能對用戶模擬燃氣輪機的燃料供應系統中進氣和惰化系統,以及整體煤氣化聯合發電系統(IGCC)具有重要實用價值。

      燃料系統

     研究供油歧管性能

    ●  油道優化設計

    ●  流量分配分析

     監測燃氣溫度、壓力

      葉片冷卻

    燃氣輪機的葉片冷卻方式有對流冷卻、沖擊冷卻、發散冷卻以及氣膜冷卻等。

    Flowmaster能對葉片冷卻系統進行仿真,得到空氣流量、流速、壓損等參數,優化葉片內部氣道結構。

      二次空氣系統

    燃氣輪機的二次空氣系統,是指從壓氣機中抽出部分壓縮空氣,使其按需要合理地流過燃燒室、葉片、輪盤等關鍵高溫部見進行冷卻與保護,或流入輪盤腔室進行增壓,起到密封作用。

     Flowmaster燃氣輪機版允許用戶對二次空氣系統進行模擬。結合密封圈、旋轉腔、環形管等元件,利用漩渦求解器能模擬通過動葉片和靜葉片之間的渦流。二次空氣系統仿真的實現,對工程師平衡渦輪冷卻效率和由此帶來的發動機整體性能降低具有重大意義。

      Flowmaster能源電力版

    當今世界能源日趨緊張,而人們對電力的依賴卻越來越重,如何在滿足居民用電的前提下提高電廠發電效率,降低運行成本成為電企面臨的首要問題,由此Flowmaster能源電力版孕育而生。長久以來,Flowmaster在能源與電力系統設計與優化中擁有諸多成功應用案例。

      Flowmaster能源電力版能解決

        ◆  專門定制的能源電力元件

        ◆  朗肯循環

          流體屬性突變

        ◆  沸騰(boiling)

            —臨界熱通量

            —萊頓弗羅斯特現象

          冷凝(Condensation)

         膨脹(Flashing)

          直接脫過熱(Unsuperheat)

        ◆  氣錘(Steam Hammer)

        ◆  兩相流壓降與傳熱

      Flowmaster仿真方案

        ◆  基于焓值的能量方程求解;

        ◆  閃蒸模擬;

          脫過熱模擬;

        ◆  蒸汽循環的熱力學瞬態分析;

    圖 Flowmaster應用于火力發電

      鍋爐

         結合兩相流管道模擬水管壁;

         高級換熱器模擬煙氣與水蒸氣的換熱過程;

        ●  蒸汽鍋筒組件間循環通過鍋爐

      蒸汽側

     鍋爐

     過熱器/再熱器

           模擬煙氣與工作介質對流換熱蒸汽

    鍋筒

           收集/分離汽液兩相流;

          ●  真實瞬態元件,通過質量和能量守恒求解液面高度、蒸汽壓力等參數;

          ●  模擬冷凝水和蒸汽的接觸面,用戶指定內部壓力

     

      蒸汽渦輪

        真實的瞬態元件;

         模擬單級膨脹;

        ●  新元件—蒸汽渦輪軸,能輸出多級渦輪累積的做功

      冷凝側

    冷凝器

        ●  四口兩相換熱器與蒸汽側工作介質換熱;

         模擬熱井中的液體高度和累積,記錄冷凝程度;

         用戶指定的工作壓力

    冷卻塔

        ●  濕/干式冷卻塔;

        ●  混合冷卻塔;

         濕式/混合冷卻塔模擬蒸發冷卻;

        ●  干式冷卻塔為四口換熱器

     

     

     

     部分客戶成功案例

     ●   BAE Systems

     AE Systems將Flowmaster應用到潛艇的機動性設計中,包括潛艇平衡系統、壓艙水系統以及懸停系統的仿真,以滿足客戶要求。

     ●  皮爾斯蒂克(SEMT Pielstick)

    SEMT Pielstick成功利用Flowmaster對船用柴油機內部和外部流場進行了仿真,并證明了Flowmaster是在這方面先進的設計和優化工具。

     ●  美國水面作戰中心(NSWC)

     NSWC將Flowmaster應用于下一代流體控制系統的驗證。在艦船實驗不可能的情況下,借助Flowmaster強大的系統仿真能力在實驗室完成了一種應用于自動流體系統的智能閥多工況模擬。

     ●  空中客車(AIRBUS)

    空客公司應用Flowmaster仿真結合飛機試驗平臺,在燃油系統的開發中制定出一套整體測試策略,由此降低了系統開發的相關風險,并使得流體力學性能評估在開發早起得以實現。

     ●  霍尼韋爾(Honeywell)

    霍尼韋爾航空航天集團將Flowmaster集成到他們的基礎數據庫,模擬整個飛機液壓系統,并實現了數據庫和仿真模型間的雙向傳輸。

     ●  通用電氣(GE)

    通用電氣航空發動機部使用Flowmaster幫助他們的客戶成功的優化了油換熱器設計。

     ●  達赫爾集團(DAHER)

    法國DAHER航空航天事業部使用Flowmaster標準元件代表物理器件進行系統仿真,將飛機通風試驗量降低了30%。

     ●  蓮花工程公司(Lutus)

    Flowmaster為蓮花開發混合動力項目的基礎工具。在EVE Hybrid項目中使用Flowmaster建立發動機模型并對其進行轉換變量、運行仿真和結果分析,成功將CO2排放量降低了22%。

     ●  MAHLE Powertrain公司

    MAHLE Powertrain公司將Flowmaster應用于他們1.3升3缸引擎的設計,成功分析了在額定轉速下,泵流量和傳動比對泵功率消耗的影響。

     ●  卡特彼勒(Caterpillar)

    卡特彼勒使用Flowmaster實現不同配置和場景下封閉式艙室冷卻系統的仿真,贏得了英國軍方有關作戰工程車的項目價值百萬英鎊的合同。

       康明斯發動機(Cummins)

    康明斯將Flowmaster應用于工程機械用柴油發動機冷卻系統的設計,仿真結果和實驗數據誤差僅為5%。

     ●  西門子(SIEMENS)

    西門子發電集團成功將Flowmaster應用到燃氣輪機二次空氣系統流量、壓力和溫度的預測,使得對流經動葉片的二次空氣的分析方法得以發展,并將其應用到冷卻和密封系統中。

    ● Lurgi GmbH

    德國化工行業生產商Lurgi GmbH十多年來,一直使用Flowmaster來分析和優化其復雜的管道系統。

    ● FPD(Fluid Power Design)

    英國FPD公司將Flowmaster應用到高壓流體工程系統的設計與優化中,Flowmaster強大的管網模擬能力為其大大削減了設計成本。

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