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    Flowmaster是什么?

     

     Flowmaster软件是全球领先的 一维热流体系统仿真专家,对于各种复杂的流体系统,工程师可以利用Flowmaster快速有效地建立精确的系统仿真模型进行瞬态/稳态求解并进行压力、流量、温度、流速等参数的分析。

    Flowmaster基于BHR(英国流体研究协会)首席主管专家D.S.Miller先生的著作《Internal Flow Systems》开发。自1987年Flowmaster第一版问世到如今的FlowmasterV7,20多年以来已发展成为算法先进、数据完善、功能全面的热流体系统仿真专家,广泛应用于航空航天、汽车、燃气轮机、船舶、兵器、能源动力与流体管网等各个工程领域。截止目前为止,已有1500多家公司先后购买了Flowmaster软件,用户遍布全球40多个国家和地区,Flowmaster已经通过了ISO9001和TickIT认证。

      

    ◆  满足各行业需求

     Flowmaster 通用版

    ★  Flowmaster汽车版

      Flowmaster航空航天版

      Flowmaster燃气轮机版

      Flowmaster能源电力版

    Flowmaster能做什么?

    在实际工程应用中,我们在分析某一独立元器件的同时,还需对复杂的流体系统进行研究。例如汽车发动机的冷却系统、电子设备的散热系统、飞机燃油系统以及大规模管网输送系统等。

    一维仿真是专门针对系统级别的仿真技术。在系统分析时,我们不需要考虑部件的内部结构和截面参数梯度,只研究沿流动方向的变化;系统中的元件,只需考虑进口和出口。以发动机冷却系统为例,运用一维仿真技术可以轻松建立模型并求解出系统中各节点的温度、压力、流速和各部件的温升及压降等参数变化。

    ◆  一维CFD仿真

    系统级仿真,只关注元件进出口和流动方向上的变化而忽略截面上的参数梯度及元件本身内部的复杂结构。

     

    ◆  三维CFD仿真

        即元件级仿真,是建立在空间坐标系下,考虑X、Y、Z三个方向上参数变化梯度的数值模拟。

    作为全球领先的热流体系统仿真软件,Flowmaster帮助工程师对复杂的流体系统进行设计、验证、优化以及维护仿真。

    ◆  Flowmaster能求解

            压力、温度、流量预测

            液体、气体 & 制冷系统仿真

          ●  稳态 & 瞬态分析

          ●  可压 & 不可压缩流

          ●  流动 & 传热分析

            参数研究

          ●  任意规模及复杂度的系统

    ◆  Flowmaster应用于

          ●  电子行业

              大型电子设备液冷系统等。

          ●  航空航天工业

              环控系统(ECS)、燃油系统、液压系统以及水系统等。

          ●  汽车工业

               发动机冷却、润滑、排气、燃油喷射和整车热管理。

          ●  能源电力工业

               燃气/蒸汽轮机、发电、蒸汽侧、锅炉等。

          ●  船舶工业

              推进冷却、燃料供应、压舱水系统等。

            过程工业

              除尘、消防、泄压、冲击抑制、运输和蓄水系统等。

          ●  石油/天然气工业

              原油输送、分配、泵站、压载和辅助系统等。

    为什么选择Flowmaster

    ◆  先进的软件架构

    Flowmaster基于SQL Server关系数据库和.net框架,关系数据库保证了系统的可伸缩性,使得Flowmaster可迅速适应新的工作流程和由于业务成长而产生的新的合作需求;.net框架保证了平台的安全性和进一步开发的可能。在商业竞争日趋激烈的今天,基于.net框架的Flowmaster可以使商业敏感数据在团队成员之间安全传递,提供稳定、可靠而安全的多用户环境,允许公司内部不同部门的项目人员在安全的环境下存取所有的模型,并同时运行仿真。

     受益于这个先进的软件架构,Flowmaster实现了快速的软件开发,相继推出了Flowmaster通用版、汽车版(Automotive)航空版(Aerospace)、燃气轮机版(Gas Turbine)和能源电力版(Power)。

    ◆  完善的数据管理

         ●  在符合工业标准的相关数据库中安全存储所有的Flowmaster数据

           通过回滚功能完整追踪设计变更历程

          通过用户组管理受保护数据的读写权限

         ● 不管中心数据库连线或离线,数据库同步功能保证用户安全工作

    ◆  流程化的平台界面

     Flowmaster的操作界面采用美观且标准化的windows平台软件风格,布局和主流的CAE、CAD软件相似,整个操作界面分为三个主要部分:工具栏(左)、建模区域(中)及分析后处理区域(右),构成了一个人性化的从左至右的工作流程。设计分析人员首先在左边的工具栏新建一个“项目”(project)及“系统模型”(network),接着在建模界面中进行系统模型的搭建和修改,最后在分析后处理区域中进行参数设置,运行分析,读取结果。整个过程由左至右,条理明晰,既符合工程师的使用习惯,又满足系统仿真的分析需求。

    ◆  人性智能的建模方式

    Flowmaster创新性地内嵌了智能专家系统,该系统将Flowmaster公司20多年的流体知识和经验积累集成到了软件当中,最大限度地减少了对工程师实际经验的依赖,降低了使用者的入门门槛。

    Flowmaster内置的专家系统不仅能确保工程师仅仅能插入与系统兼容的元器件,还人性化的用不同的颜色表示不同输入参数的重要程度,同时定义了参数的常规上下限值。如此不仅界面直观明了、通俗易懂,而且最大限度降低了工程师建模的困难和出错的概率,提高工作效率。

     

    Flowmaster七大技术优势

    ◆  丰富开放的元件库

    Flowmaster软件拥有丰富完善的元件库,几乎涵盖了目前流体系统需要的所有标准元件和针对行业特定的元器件,大大提高其在工业领域的专业性。

          标准元件

           管道类、弯头类、过渡类、阀门类、节流类、泵类、水箱类、换热器类、边界源类等。

         汽车专用元件

          发动机、节温器、增压器、喷油器等

         航空航天专用元件

           驾驶舱、燃油引射泵、控制阀、水分离器等

         燃气/蒸汽轮机专用元件

           涡流空气源、旋转通道、腔室、密封元件等

      ●  能源电力专用元件

          冷却塔、锅炉、两相流管道、冷凝器等。

    ◆  内嵌的流体数据库

    Flowmaster软件是基于BHR(英国流体研究协会)首席主管专家D.S.Miller先生的著作《Internal Flow Systems》开发的。在此书中,Miller对流体系统的部件进行了大量的试验,得到可靠的流动损失数据;更为重要的是,英国流体研究协会对各种流体内流系统进行了超过10000小时的实验,并把所得的实验结果和数据全部嵌入到Flowmaster的数据库中。

    ◆  强大的功能模块和求解能力

           可压 & 不可压缩流

         ★  稳态 & 非稳态求解

           流动&传热分析

           两相流求解

           温度、流量、压力预测

           管网流量平衡分析

           多组分流体分析

           参数研究

           任意复杂管网系统

    Flowmaster仿真能力最突出的表现就在于其基于多功能瞬态求解器的强大的非稳态分析能力。

    ●  流体填充模拟

    ●  发动机冷机启动模拟

    ●  节温器响应

    ●  管网水锤 & 气锤分析

    ●  空泡预测

    ●  二次空气系统模拟

    ●  漩涡模拟

      相变 & 空调制冷仿真

    ●  泵启/停效应

    ●  冷却塔性能优化

      蒸发 & 沸腾

    ◆  精确的计算结果

    对于由多个元件组成的流体系统,Flowmaster的解算器利用迭代求解系数矩阵的方式计算出系统的节点压力,然后根据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,进而得到压力、流量流速、雷诺数等参数。

    对于热流体系统,Flowmaster将动量方程、连续性方程和能量方程同时进行耦合求解,根据元件热特性参数,考虑元件与流体介质及环境的热传导、对流换热及辐射换热,以及温度对流体介质(如液压油、滑油等)的动力学粘度、定压比热、密度和热膨胀速率的影响,通过反复迭代得到热流体系统的温度分布,并给出元件的实际换热量、热阻、换热效率及努塞尔数等参数。

    ◆  专业的后处理

    Flowmaster强大的数据库管理能力,保证了仿真结果储存的完整性,使得工程师关注的参数都能在结果区保存下来。

     同时,Flowmaster具备多元化的后处理功能,包括仿真结果的动态显示、色谱显示以及强大的报表生成功能等,满足工程师对计算结果的不同输出要求。

     

     Flowmaster可对瞬态仿真进行动态显示,方便工程师实时监测流量、压力、温度等关心参数的变化趋势。 

      Flowmaster内嵌自动生成报表功能,能自动生成计算报告,内含模型的所有输入参数和元件信息以及计算结果。

      另外,Flowmaster还具备更加智能化的表盘显示,例如在进行汽车整车热管理仿真时,能将发动机转速、车速、水温、室内温度等显示在模拟汽车的表盘上。

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

    自Flowmaster 7.9.1起,集成了与主流三维CFD软件FloEFD的直接接口,进行1D-3D协同仿真。

    该FloEFD接口包含有元件自动创建、特性曲线自动创建和特性曲面自动创建功能,用户可将FloEFD三维计算得到的部件特性数据导入到Flowmaster对应元件中,使得Flowmaster元件特性数据更能反映其真实特性。如将发动机水套FloEFD仿真结果导入到Flowmaster发动机元件特性中。

     

    图  Flowmaster / FloEFD集成1D-3D协同仿真

    ◆  多元化的接口

    Flowmaster具备与三维CFD软件、Matlab、iSIGHT、AVL BOOST、Office等大量软件的直接接口,并且具备开放而多样的联合仿真接口开发能力,易于实现软件集成与半实物仿真。同时,Flowmaster V7进一步增加了MpCCI接口,可实现系统级与部件级仿真的多物理场耦合。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Flowmaster应用

    20多年以来,Flowmaster以其完善的元件数据库和精准的求解能力广泛应用于航空航天、汽车制造、燃气轮机、能源电力、食品加工、医疗、运输、冶金、船舶等各大行业。在得到客户认可的同时,Flowmaster也在不断完善自己,相继推出了Flowmaster通用版以及针对特定行业定制的Flowmaster汽车版、Flowmaster航空航天版、Flowmaster燃气轮机版和Flowmaster能源电力版。

      Flowmaster通用版

    Flowmaster通用版涵盖V7基础数据库,求解管网系统流动与传热,包括大型电子设备液冷、空调送风/通风、除尘、给水、石油、天然气输送以及热设备冷却等系统。Flowmaster能求解出系统中流速大小、流量分配、压力损失以及温度变化,广泛应用于大型电子散热、船舶工业、过程工业(冶金、消防、运输、食品加工等)、石油天然气工业及其他行业。

    ◆  船舶工业

    Flowmaster以其强大的求解能力广泛应用于船舶工业热流体系统计算仿真。

    Flowmaster可模拟:

      ▶  推进系统冷却

      ▶  润滑系统

      ▶  通风系统

      ▶  液压系统

      ▶  饮用水/污水系统

      ▶  燃油供应系统

      ▶  压舱水进/排系统

    ◆  电子冷却与空调工程

    图  Flowmaster应用于雷达液冷系统模拟

      Flowmaster应用于空调送风系统

    ◆  过程工业

    ◆  石油/天然气工业

     

      Flowmaster航空版

    Flowmaster航空版是基于Flowmaster V7平台开发的专门针对航空航天工业的热流体仿真软件。通过专用的航天器系统建模功能、工业级定制元件库,以及精简优化工作流程,用户可以更加容易和快速的建立系统模型并运行仿真。

    Flowmaster航空版在已有的流动与传热元器件库的基础上扩展了航空领域专用的元器件,包括引射泵、混合腔、流量控制阀、压力控制阀以及动力阀等,在飞机环控系统(ESC)、燃油系统、液压系统、空气制动系统、供水/排水系统等方面有着广泛的应用。

    ◆   环控系统(ECS)   

    Flowmaster能在一个单独模型里仿真飞机整体环控系统,这对舱室气流分布及其子系统的设计具有重要意义。通过湿度模拟可分析飞机冷却包的湿度变化,精准预测压力、温度和流量等参数;利用除冰和引气系统的内嵌元器件可模拟和优化空气管理系统。

    作为ECS的高级应用,Flowmaster还可以模拟直升机一般采用的VCS(蒸汽循环系统)。同时,Flowmaster还定制了适用于小型飞机的高级舱室元件,可分析驾驶员室热负荷及内外空气流动。

    ◆  燃油系统

    不同于汽车,飞机燃油系统的供油压力和流量会随着飞行状态和高度的变化而改变,以保证引擎的正常工作。Flowmaster利用高级燃油箱、引射泵、单项控制阀等航空定制元件分析油压、油温、供油量以及OBIGGS。

    Flowmaster航空版还集成了3D坐标系,可模拟飞机外部受到的“体力”,包括倾斜、翻滚和摆动,保证在极端环境下燃油系统能正常工作;对加注口和安全阀的瞬态仿真可防止静电荷的建立和空气腔的出现。

    ◆  液压系统

    Flowmaster利用活塞泵、液压缸、压力调节阀等标准元器件,实现对飞机液压系统的仿真,并可通过后期的频域分析优化阀门和执行器的控制策略,大大降低了地面测试的时间和费用。

    ●  压力损失

    ●  动态性能

    ●  子系统间相互作用

    ●  瞬间压力峰值

      热性能

    ◆  供水系统

    Flowmaster可应用于飞机的饮用水及污水系统。通过稳态和瞬态分析,监测系统压力损失、流量等参数变化。

      Flowmaster汽车版

    Flowmaster汽车版是专门针对汽车行业热流体仿真推出的软件。它建立在Flowmaster V7平台之上,基于V7版的求解器,具有专业图形界面的汽车专用元件库和高级汽车系统建模功能,使得用户在解决汽车行业特殊性的流体系统问题时更加便捷和准确。

    Flowmaster汽车版内嵌了汽车专用元件,可解决发动机冷却系统、润滑系统、燃油喷射系统、排气系统、空调系统、空气侧系统及整车热管理等汽车流体系统的流动与传热问题。

    ◆  冷却系统(Cooling)

    Flowmaster冷却系统解决方案能让工程师对暖机时间、节温器响应、冷却系统温度监控、冷却液膨胀和发动机缸体温度进行分析和预测。

    ◆  润滑系统(Lubricating)

    Flowmaster润滑系统分析可以确保各部件得到充分润滑,使轴承达到工作条件,减小摩擦损耗。同时,该模型还可用来优化与之相关的零部件尺寸及热管理。

    ◆  燃油喷射系统

    Flowmaster燃油喷射系统模型可以让工程师轻松获得储油箱填充率、油压、流量、温度、高压共轨压力、频域结果、油泵尺寸和喷油器特征曲线等参数。

     

    ◆  排气系统(Exhaust)

    利用Flowmaster可以模拟汽车从发动机排气歧管到尾部消音器的整个排气过程,同时可以预测排气压力、流量、压力损失、温度等性能参数。模拟方式包括玩管内的全换热分析和不规则弯管内的加权换热分析。

    ◆  车载空调系统

    通过Flowmaster对汽车空调系统的分析,可对其性能进行评价,对其能耗进行预测,以及探讨对冷却温度和车舱内空气品质的影响。

    ◆  空气侧系统

    Flowmaster空气侧模型可分析和预测空气侧系统的压力损失、空气流量、流速及热力性能等。

     

    ◆  整车热管理(VTM)

    Flowmaster的车辆热管理系统能够将多个车辆流体系统耦合在一起进行全局仿真,考虑多种气体、液体和两相介质的循环回路的相互作用。Flowmaster快速的求解能力和全面的流体系统元件库使工程师能够轻松的分析任意复杂度的热管理系统。事先考虑热系统各部件间的相互热耦合影响,将带来极大的益处,按这种方法进行热系统设计,在制造模型以及模型改进时,将节约大量的成本。

    Flowmaster燃气轮机版

    Flowmaster燃气轮机版是基于Flowmaster V7平台开发的专门针对燃气/蒸汽轮机的热流体仿真软件。

      Flowmaster燃气轮机版能模拟

              涡轮叶片冷却系统;

            ●  二次空气系统;

              雾化系统;

            ●  火焰筒热流;

            ●  润滑系统;

            ●  燃料供应系统;

              吹洗空气流;

              喷水系统

      针对燃气/蒸汽轮机的高级求解方法

    ★  漩涡求解

    Flowmaster燃气轮机版在基础分析模块上集成了漩涡求解器。该求解器能模拟涡轮发动机内由预旋喷嘴、动叶片等旋转部件引发的漩涡,并能求解该漩涡的诱导、生成、传播等特性变化。

    ★  二次空气

    通过漩涡求解器和空腔元件等专有元器件,可模拟燃气轮机的二次空气系统。

    ★  多组分流体仿真

    可模拟多组分流体的混合和分离,该功能对用户模拟燃气轮机的燃料供应系统中进气和惰化系统,以及整体煤气化联合发电系统(IGCC)具有重要实用价值。

      燃料系统

     研究供油歧管性能

    ●  油道优化设计

    ●  流量分配分析

     监测燃气温度、压力

      叶片冷却

    燃气轮机的叶片冷却方式有对流冷却、冲击冷却、发散冷却以及气膜冷却等。

    Flowmaster能对叶片冷却系统进行仿真,得到空气流量、流速、压损等参数,优化叶片内部气道结构。

      二次空气系统

    燃气轮机的二次空气系统,是指从压气机中抽出部分压缩空气,使其按需要合理地流过燃烧室、叶片、轮盘等关键高温部见进行冷却与保护,或流入轮盘腔室进行增压,起到密封作用。

     Flowmaster燃气轮机版允许用户对二次空气系统进行模拟。结合密封圈、旋转腔、环形管等元件,利用漩涡求解器能模拟通过动叶片和静叶片之间的涡流。二次空气系统仿真的实现,对工程师平衡涡轮冷却效率和由此带来的发动机整体性能降低具有重大意义。

      Flowmaster能源电力版

    当今世界能源日趋紧张,而人们对电力的依赖却越来越重,如何在满足居民用电的前提下提高电厂发电效率,降低运行成本成为电企面临的首要问题,由此Flowmaster能源电力版孕育而生。长久以来,Flowmaster在能源与电力系统设计与优化中拥有诸多成功应用案例。

      Flowmaster能源电力版能解决

        ◆  专门定制的能源电力元件

        ◆  朗肯循环

          流体属性突变

        ◆  沸腾(boiling)

            —临界热通量

            —莱顿弗罗斯特现象

          冷凝(Condensation)

         膨胀(Flashing)

          直接脱过热(Unsuperheat)

        ◆  气锤(Steam Hammer)

        ◆  两相流压降与传热

      Flowmaster仿真方案

        ◆  基于焓值的能量方程求解;

        ◆  闪蒸模拟;

          脱过热模拟;

        ◆  蒸汽循环的热力学瞬态分析;

    图 Flowmaster应用于火力发电

      锅炉

         结合两相流管道模拟水管壁;

         高级换热器模拟烟气与水蒸气的换热过程;

        ●  蒸汽锅筒组件间循环通过锅炉

      蒸汽侧

     锅炉

     过热器/再热器

           模拟烟气与工作介质对流换热蒸汽

    锅筒

           收集/分离汽液两相流;

          ●  真实瞬态元件,通过质量和能量守恒求解液面高度、蒸汽压力等参数;

          ●  模拟冷凝水和蒸汽的接触面,用户指定内部压力

     

      蒸汽涡轮

        真实的瞬态元件;

         模拟单级膨胀;

        ●  新元件—蒸汽涡轮轴,能输出多级涡轮累积的做功

      冷凝侧

    冷凝器

        ●  四口两相换热器与蒸汽侧工作介质换热;

         模拟热井中的液体高度和累积,记录冷凝程度;

         用户指定的工作压力

    冷却塔

        ●  湿/干式冷却塔;

        ●  混合冷却塔;

         湿式/混合冷却塔模拟蒸发冷却;

        ●  干式冷却塔为四口换热器

     

     

     

     部分客户成功案例

     ●   BAE Systems

     AE Systems将Flowmaster应用到潜艇的机动性设计中,包括潜艇平衡系统、压舱水系统以及悬停系统的仿真,以满足客户要求。

     ●  皮尔斯蒂克(SEMT Pielstick)

    SEMT Pielstick成功利用Flowmaster对船用柴油机内部和外部流场进行了仿真,并证明了Flowmaster是在这方面先进的设计和优化工具。

     ●  美国水面作战中心(NSWC)

     NSWC将Flowmaster应用于下一代流体控制系统的验证。在舰船实验不可能的情况下,借助Flowmaster强大的系统仿真能力在实验室完成了一种应用于自动流体系统的智能阀多工况模拟。

     ●  空中客车(AIRBUS)

    空客公司应用Flowmaster仿真结合飞机试验平台,在燃油系统的开发中制定出一套整体测试策略,由此降低了系统开发的相关风险,并使得流体力学性能评估在开发早起得以实现。

     ●  霍尼韦尔(Honeywell)

    霍尼韦尔航空航天集团将Flowmaster集成到他们的基础数据库,模拟整个飞机液压系统,并实现了数据库和仿真模型间的双向传输。

     ●  通用电气(GE)

    通用电气航空发动机部使用Flowmaster帮助他们的客户成功的优化了油换热器设计。

     ●  达赫尔集团(DAHER)

    法国DAHER航空航天事业部使用Flowmaster标准元件代表物理器件进行系统仿真,将飞机通风试验量降低了30%。

     ●  莲花工程公司(Lutus)

    Flowmaster为莲花开发混合动力项目的基础工具。在EVE Hybrid项目中使用Flowmaster建立发动机模型并对其进行转换变量、运行仿真和结果分析,成功将CO2排放量降低了22%。

     ●  MAHLE Powertrain公司

    MAHLE Powertrain公司将Flowmaster应用于他们1.3升3缸引擎的设计,成功分析了在额定转速下,泵流量和传动比对泵功率消耗的影响。

     ●  卡特彼勒(Caterpillar)

    卡特彼勒使用Flowmaster实现不同配置和场景下封闭式舱室冷却系统的仿真,赢得了英国军方有关作战工程车的项目价值百万英镑的合同。

       康明斯发动机(Cummins)

    康明斯将Flowmaster应用于工程机械用柴油发动机冷却系统的设计,仿真结果和实验数据误差仅为5%。

     ●  西门子(SIEMENS)

    西门子发电集团成功将Flowmaster应用到燃气轮机二次空气系统流量、压力和温度的预测,使得对流经动叶片的二次空气的分析方法得以发展,并将其应用到冷却和密封系统中。

    ● Lurgi GmbH

    德国化工行业生产商Lurgi GmbH十多年来,一直使用Flowmaster来分析和优化其复杂的管道系统。

    ● FPD(Fluid Power Design)

    英国FPD公司将Flowmaster应用到高压流体工程系统的设计与优化中,Flowmaster强大的管网模拟能力为其大大削减了设计成本。

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