FLOW-3D V9.2版新增功能

A•  求解器的新增功能

1. 非結構性儲存的分配 .
傳統上使用有限差分網格的便利及方便性會造成一些包袱 : 所有求解後的變數皆會儲存在每一個元素中 . 當流體並沒有在大部分網格求解時則會導致 CPU 及記憶體資源浪費的結果 . 為了減輕這個問題 , 我們發展了非結構性儲存分配 (UMA) 的方法 , 使得求解後的陣列僅位於作用的網格上儲存 . 在 UMA 的方法中 , 主要陣列僅位於流動方程式的網格上而後求解 . 不需要多重網格即可以定義非規則計算區域 , 因此可以增加計算精度及簡化網格 . 所有包含幾何形狀的網格可全自動的不被計算 . 當然也可以人為操作使網格不被計算 , 使用 IFOB(NOB)=5 來定義特別的物件不被計算 , 稱為計算區域移除的物件 . 不被計算 ( 被動 ) 的元素可以用絕熱邊界條件來替代 . 而 UMA 方法自動不被計算的元素只有當固體熱傳及電位能物件模組的選項沒有作用 : 即當 IHTC≠2 和 IEPOT=0. 但人為的設定方法不受以上的限制 . 註解 : 更詳細的內容可以參考 2006 使用者研討會及原廠網站 , 歡迎來電索取資料
2. GMO 碰撞模組 .
可以使正在移動的物件相互或與固定不動的物件碰撞的模組 . 這個新的碰撞模組與目前的 GMO 模組是完全相容的 . 碰撞可以是由偶合運動 GMO 物件相互或與靜止不動的物件來計算產生的效應 . 也可以在移動物件和壁面間與對稱邊界產生 . 碰撞形式可以是完美的彈性 , 部分塑性或完全塑性的碰撞 . 碰撞表面可為光滑或粗糙 , 且准許碰撞時點接觸的存在 . 在移動物件間的連續性接觸 : 例如滑動 , 滾動和一個物體作用在另一個物體的上方 , 這樣快速小頻率的碰撞稱為微小碰撞 . 每個物件碰撞可在給定時間內產生 . 當一個物件與許多物件產生碰撞 , 這樣的碰撞計算就由許多一系列的次碰撞組成 . 這些次碰撞的產生順序是由碰撞等級決定 . 當一個物件與另一個物件長時間碰撞接觸 , 如閒置於其頂面 , 相互的滲透影響決定於此兩個物件的微小碰撞是否為彈性碰撞 . 註解 : 關於更詳細的內容可以參考 www.flow3d.com/pdfs/tn/FloSci-TN75.pdf . 及 2006 使用者研討會及原廠網站 , 歡迎來電索取資料
3. 隱性對流相的求解 .
一種新的隱性對流相的求解方法已經結合在 Flow-3D 軟體內 . 當隱性選項作用時 ,IMPADV=1, 則時間間格的大小即使在離開自由液面的流動也可以被准許超越科隆穩定的條件 . 而科隆限制在自由液面也持續可以應用以維持 VOF 方法的精度 . 當有作用時 , 隱性對流項並不會降低求解的精度 . 且在後處理輸出變數中 , 會有一個新的變數 ” 科隆參數 ” 的計算與儲存 , 它是一個隱性解的指標 . 目前這個隱性解選項與格拉目 VOF 不相容 ,IFVOF=5 和 IFVOF=6. 而且也僅有動量 , 密度及熱傳的一階隱性對流相可以作用 . 註解 : 更詳細的內容可以參考 2006 使用者研討會及原廠網站 , 歡迎來電索取資料
4. GMRES 壓力求解 .
主要增強兩部分 (a) 針對多重區塊網格收斂性的大幅改善和 (b) 利用網格間邊界條件係數 ALPHAMB 達到體積收斂性 . ALPHAMB 目前對所有壓力求解方法的預設值為 0.25. 先前版本對於 GMRES 的預設值為 0.0
5. GMO 模組的新增功能 .
a. 對於 GMO 物件准許總質量流率 QSROBS 及總加熱功率 POBS 的使用 . 之前只准許 GMO 物件帶有特定的數量 SQSROBS 及 SPOBS, 當他們皆同時間被定義於 GMO 物件時 , 還是具有優先使用權 . 這樣的改變對於必須維持相同質量流率或熱源功率是有用的 . 對於個別 GMO 物件的表面在模擬期間需保持較多或較少的定值可以使用 , 除非這些值會隨著時間大量地變化 .
b.GMO 模組已經延伸到可以應用於圓柱座標系統 . 目前已經沒有理由使用舊的移動障礙物功能 . 從舊模組到功能更強大的 GMO 模組變得更簡單 : 在名為 OBS 的副程式中完全將這個 IMO(m)=-1 和 IMO(m)=1 以 IMO(m)=3 取代移動物件 #m.
c. 存在於移動物件與流體間的隱性解偶合 . 在偶合的 GMO 物件運動中 , 使用者可以利用這樣的數值選項模擬非常輕的運動模式 (0.1% 的流體密度以下 ).
d. 線性位移限制 . 這個新的功能可以准許使用者限制每個 GMO 物件限性運動 , 不論是偶合或預測的運動模式 , 藉由定義它的初始位置往正或負的 x,y,z 方向移動 . 這樣的新功能也許是有用的對於帶有移動並被侷限的運動模式而設計
6. 線性波浪邊界 .
這是一個之前已經客制化的功能目前已經加入 Flow-3D 軟體中 . 就像液體高度的設定可以是左右前後固定速度的形式 . 而且可以定義波浪的振幅 , 周期或波長 , 液體深度和相位 . 對於每一個邊界皆有整數旗標的波浪選項而且要為正的 . 例如 : 以 IWAVEL 代表左邊邊界 . 而其餘三個邊界分別為 IWAVER,IWAVEF,IWAVEBK
7. 彈性應力模組 .
表面位移量已經於後處理檔案 flsgrf 中增加了 . 可以藉由自由表面單位正向向量與位移向量的比例產生來計算 . 非常方便以 3D 流體等位面彩色繪圖來顯示 . 位移量也可以以 2D 及 3D 向量表示
8. 力量視窗 .
最大數量已經從 100 增加到 500
9. 電位能模組 .
現在當電位能模組打開時 , 介電模組也同時有作用 . 這個輸入參數 IDIEL 已經被移除 . 這樣做的理由是因為材料的介電性質是電場模組的整體部分 , 如同熱傳模組中的熱傳導係數一樣的觀念
10. 焦耳熱及熱傳導係數 .
對於兩個不同材料之間的感應電荷的模組計算精度 , 經由電導和因為電流 ( 焦爾熱 ) 產生的熱傳輸已經大幅的改善
11. 質量 / 動量源 .
這是一個可以處理像排氣孔或薄管的延伸增加的功能 . 目前它暫時是一個使用者客制化的變數功能 . 關於此部分更多詳細的內容及用法請參考操作手冊內的模型參考篇的質量 / 動量源章節
12. 固體內部非均勻溫度分佈 .
這是一個熱傳模組新增加的功能選項 . 當 IHTC=3 時 , 不用去解熱傳方程式即可准許在固體內部得到空間的溫度分佈 . 對於處理高壓鑄造中熱模循環的充填過程是非常有效的選項 . 藉由模具循環開啟計算模具內部的溫度分佈以為了維持充填過程的模擬 , 有效的 CPU 時間可以被儲存而不用花費計算時間去解模具的能量方程式 . 因為在充填過程中模具溫度不會有很大的變化 , 所以這樣的做法是可以被接受的計算方法

13.

初始流體體積設定 .
VLIN 已經可以應用於多重區塊網格邊界間的定義
14. 壓力疊代殘留值 .
在每一個元素中不僅較高層次輸出 ,LPR>2, 皆已經可以儲存在 flsgrf 檔案中
15. 可隨時間改變的流體高度邊界 .
左右前後網格邊界的流體高度已經可以隨時間設定 . 當隨時間做改變的數量 , 流體高度在垂直網格邊界會以表格形式來設定 . 以垂直速度設定流體高度的舊系統已經被放棄 . 通常固定或隨時間改變的流體高度僅可以在固定速度和固定壓力的邊界型態中來定義

B•  輸入參數預設值的改變

 

粒子直徑 PDIAM. 因為要與質量粒子模組的設定相符 , 所以這個預設值已經從 0.0 改為 1.0. 這個改變對於使用者並沒有任何影響 . 紊流混合長度 TLEN. 這個紊流混合比例的預設值 ,TLEN, 已經改變 . 先前是基於數值網格的計算而得到這個值 . 這個方法是毫無根據的而且沒有考慮到流動的比例 . 以流動比例來決定紊流長度比例會比數值網格決定更為重要 . 而這個水力直徑對於紊流流動比例提供了較佳的估算方法 . 對於除任何只有一個元素的網格方向之外 , 最小區域尺寸 TLEN 的內定值為 0.07. 例如 : 一具有三個網格區塊的模擬問題而且它所有的網格區塊最小尺寸為 1 公尺 , 則 TLFN 的預設值應該要為 0.07. 無論如何 , 這是一個簡單的長度比例估算且沒有包含幾何效應或實際流場的比例 .TLEN 被用來侷限 k-e 和 RNG 紊流模型的散逸性 , 如此 , 紊流黏度才不會極度地變大 . 假如 TLEN 非常大 , 則散逸性將是在預測之內而且紊流黏度將太大 . 假如 TLEN 非常小 , 則散逸性將超過預期而且紊流將會極度地阻尼 . 使用者在他們的模擬中要了解到它的重要性 . 假如模擬包含比最小區域尺寸還小的流動比例 , 使用者就必須輸入 TLEN. 例如 : 一個分流堰的模擬 , 長度尺寸可能是流經分流堰的深度 . 在高壓鑄造 , 長度比例可能是流道的寬度 . 對於管內流動 , 長度尺寸可能是曲道的水力直徑 . 因此 , 長度尺寸即由 TLEN 以 0.07 來計算或長度尺寸的 7%. 臨界及相干涉性的固體分量 FSCO 和 FSCR. 這些數量的內定值已分別從 0.0 和 1.0 改為 0.15 和 0.67 了 . 這個改變僅影響凝固模組 . 只有純金屬例外 , 非常少的合金可以被舊的預設值來描述分析 . 新的預設值是參考來自於材料性質文章的審查結果 . 比較以舊的預設值分析的問題 , 新的模組可以得到以下的改變 . 在凝固過程中凝固拖曳力將較晚作用 - 在局部固體分量達到干涉點後 . 這個流動將更早進入 - 當局部固體分量達到臨界點時 . 這快速收縮模組的進入點也將改變 - 直到在液體區塊中的固體分量達到干涉點時重力將產生收縮 , 而後將沿著溫度梯度方向持續收縮 . 網格邊界條件的流體分量 FBC 和 FBCT. 現在在固定速度及壓力的邊界條件上 , 流體分量預設值已經改為 1.0. 之前版本對於兩相流及壓縮流動設為 0.0. 這樣改變主要是針對更直覺的模型建立 . 應用舊的預設值於壓縮流動的使用者 , 應該注意到將流體分量這些值設定為 0.0

C•  求解器的錯誤訂正

1. 在多重網格區塊的壓縮流體 . 網格區塊之間的邊界之壓縮流動的資料轉換的穩定性及精確度已經改善以避免伴隨偶發的氣體密度和能量的流動參數震盪 . 這些震盪有時會導致這些數量的非物理性質
2. GMO 物件的剪應力計算 . 對於紊流流動的 GMO 物件上的剪應力計算精度已經大幅度的改善 . 之前版本 , 這些力量被過分地計算
3. 地形量測資料讀取 . 這些地形量測資料的讀取已經改善以產生更精確的結果 . 如同你所知道的 , 在讀取原始使用者定義的地形量測資料進入幾何建立器及產生面積與體積分量之前 , 原始使用者定義的地形量測資料是由前處理器轉換成一個 stl 檔案形式 . 這新的地形讀取器可以更詳細地產生三角量測面積部分及面對更少量稀疏資料的變形區域 , 可以觀察以下的湖面積映像圖 . 這個例子的 stl 檔案約為以前讀取器的三倍大 , 處理這些資料花費較多的時間

4. 非線性漂移通量模型 . 對於解拖曳係數的二次方程式目前更精準且更有效率
5.

過熱度溫度 TV0( 取消在 v9.1 的改變 ). 對於 v9.1 在相變模組的過熱度性質的改變在目前的版本已經翻新 . 它已經被修正以至於目前 TV0 不用再與過熱溫度有非常地相關性 , 但如 v9.0 一樣 , 與絕對溫度相關 . 在蒸氣氣泡開始成核之前液體必須被加熱到絕對溫度 TV0. 零或負的 TV0 值對於計算已經沒有影響 , 而且是忽略的 . 預設值為 TV0=0. 取消之前版本的改變是因為我們使用者的建議 . 在 v9.1 的改變導致在低壓區域的自然性沸騰現象 , 這樣的結果並不受到實驗結果的支持 . 這個實驗結果是由 Larry G. Hill 在 1991 年於美國加州巴沙迪納市加州技術學院的博士論文 ” 過熱液體中蒸發波浪的實驗探討 ” 所研究的 .( An Experimental Study of Evaporation Waves in a Superheated Liquid, California Institute of Technology, Pasadena, California, 1991.)

D•  操作介面的新增功能

1.

模型建立

 
a 已經藉由滑鼠按鈕改變滑鼠的操作模式 . 按滑鼠左鍵是旋轉工作區域中的物件和網格區塊 . 滑鼠中鍵或滾輪是放大縮小功能及右鍵是移動 . 註解 : 在顯示目錄也是同樣的作用 . 這些旋轉 , 放大縮小 , 移動的快速鍵已經從工具列中移除了
b 對於視角的復原或取消復原有 5 次的機會 . 已經增加這兩個功能鍵於工具列中 . 在顯示目錄也有同樣的功能鍵
c 在多重網格區塊中 , 網格元素的總數已經可以藉由在網格或幾何目錄下的網格資訊或滑鼠右鍵點選知道
d 初始流體區域可以被顯示出來 . 點選網格及幾何目錄下的 FAVOR 按鈕並選 ” 觀看流體 ” 的選項 . 這互補的流體區域也可以被顯示出來
e 這個 ” 鎖定幾何 ” 的創造網格區塊的功能現在也可以如同直角座標般地用運用在圓柱座標上
f 為了能夠以人為操作模式取消有作用的網格元素 , 一個新增加 ” 區域移除 ” 的物件功能已經增加在一系列物件的 ” 增加物件 ” 對話框裡當使用者增加新的物件時
g 為了具有參考價值目的 , 材料名稱 ( 固體或流體 ) 已經寫入輸入檔內容了
h 使用者可以從主要的功能選擇單建立模擬的單位而且可以寫入專案和結果檔內容中

2. 模擬目錄 .
一個新的暫停功能按鈕已經被安置在模擬目錄中 , 所有的使用者可以隨時暫時模擬以釋放使用者的軟體使用許可憑證 , 釋放 CPU 和記憶體的容量
3. 後處理的增進功能
 
a 後處理的速度已經改進 20~30% 以上 . 另外 , 在創造和讀取 3D 影像對於 CPU 和記憶體的需求也已經降低 50% 以上
b 使用者現在於分析和顯示中可以儲存或擷取繪圖設定值 . 一個在分析目錄下的 ” 儲存設定 ” 按鈕將儲存所有使用者在一個優先使用權檔案 (*.pref) 的已經選擇的設定值 . 這些設定值也同樣具有決定在分析和顯示的兩者功能上 . 這個優先使用權檔案可以經由一個新的 ” 負載設定 ” 按鈕被保留在 Flow-3D 軟體中 , 在分析目錄也具有同樣的效果 . 另外 , 在顯示功能中被使用者製造的設定值將藉由描繪功能而被保留
c 使用者將能夠以 2D 和 3D 的顯示描繪彈性應力模組的位移向量
d 經由網格平面相互作用的 3D 影像切割現在已經被准許了 . 若要作用 , 必須選擇在顯示目錄中網格選單下的 ” 切割 ” 功能
e 讀入 SLT 檔到 3D 顯示視窗的使用者現在可以自由地操控影像 , 改變顏色 , 應用透明度和變形 ( 移動 , 旋轉 , 比例 ) 功能 . 這樣可以准許使用者顯示較尖銳的幾何影像於他們的 Flow-3D 結果檔中 . 讀入 STL 檔案出現於顯示目錄的物件列示的左下角 , 而且可以從那裡存取操作改變影像的顯示功能
f 使用彈性區域擷取 3D 結果的動畫功能已經被加強讓使用者可以利用座標方式輸入擷取畫面的寬和高 . 這樣的方法 , 使用者可以很確信方便平均的操控動畫的大小
g 一個新的產生動畫功能鍵現在已經在工具列上 . 無論如何 , 這是只能產生全視窗的動畫功能 . 為了創造彈性區域擷取 3D 結果的動畫功能 , 使用者依然必須利用工具 > 動畫 > 彈性區域擷取
h 當使用者選擇顯示 3D 流線或向量時 , 流體將自動以透明表示
i 使用者可以改變不同物件的顏色 , 也可以針對單獨物件應用透明度或隱藏他們於 3D 的顯示中
j 以 2D 顯示的粒子已經可以用圓形表示 , 比之前版本用方形來表示為佳