热流体系统仿真分析

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语言：英语
网址：http://www.flowmaster.com/index.html
类别：流体仿真

Flowmaster是当今全球最为著名的热流体系统仿真分析平台，以其高效的计算效率，精确的求解能力、便捷快速的建模方式而被许多全球著名的研究院所采用。Flowmaster是英国FML公司的产品，开发Flowmaster的想法来自英国流体力学研究协会的一个关于能源电力的研究项目，此协会在全世界的流体系统研究领域享有很高的声誉。目前该公司不但提供领先的一维流体系统仿真软件Flowmaster，同时也向客户提供技术咨询，技术合作等服务。到目前为止，已有1000多家公司购买了Flowmaster，共2000多个使用许可，用户遍布世界上40个国家和地区。 Flowmaster已经通过了ISO9001认证。

Flowmaster的最新版本V7，秉承了旧版本的一贯特点，同时强调多用户环境下的协同性及平台的开放性，非常适合企业级的多用户仿真分析平台的构建。

强大的协调工作与数据管理能力

Flowmaster V7的全部数据库采用微软的SQL Server（关系数据库管理器）进行管理，如图所示。用户只要安装了v7就可以使用其内置的SQL Server。和6.5版本自带的数据库管理器相比，v7所使用的数据库管理工具更为专业和强大，也更为开放。

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Flowmaster V7的SQL Server数据库

流程化的平台界面

Flowmaster V7的操作界面采用了美观且标准化的windows平台软件风格，如图所示，软件的操作界面的布局和主流的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，即符合工程师的使用习惯，使其易于操作，又满足了系统仿真工作的分析需求。

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美观易用的软件界面

和旧版本相比，v7更为紧凑。在v7中，模型及项目管理、元件库管理、性能参数库管理、流体库管理及用户权限管理都通过层次分明的目录层级加以组织，并且统一到软件的工具栏中，工程师只需要通过鼠标点击就可以很方便的读取各种数据资源，大大提高了工程师的建模效率。

在软件的建模区域，工程师可以通过多图层的建模方式把复杂系统拆分为若乾个分属不同图层的子系统，分块进行模型的搭建，同时可以配以相应的背景图片，这使得复杂的系统模型更为直观、易懂，提高了系统模型的可读性和易用性。

强大的后处理报表生成工具

Flowmaster仿真计算结果可用色谱定性的显示，也可以用表格将结果在每一个时刻的具体值定量的表示。图表可以多窗口、多曲线、多轴同时绘制，或用指针式仪表的方式显示，或用数字直接在管网中显示，如果先定义好一个色谱，可以用各种颜色代表管网中各点的计算值处在什么数值范围内。

多种显示方式为用户在分析系统时提供了很大的便利。例如，在改变泵的转速或调节阀芯的位置后，通过管网图中颜色的变化，能直观地看到管道中流体的压力是否会突然增大，压力是否会波动，从何处压力会出现大的波动等情况。

Flowmaster V7提供的报表功能模块能够以文本形式生成系统元件的关键参数列表，以方便工程师进行关键数据的核对。V7版本内置了水晶报表功能模块（Crystal Report），用户可以根据需要选择需要出报表的项目，例如元件参数（Component Data）、节点信息（Node Data）、通用参数（General Data）等。报表文件可以按照一般的rpt格式，也可以按照EDIF（电子数据交换）格式输出。Rpt文件可由办公软件如Word、Excel打开阅读，而EDIF文件是二进制文件，可以被其他的应用程序访问，实现数据交互。

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内置的元件参数报表生成（Crystal Report）

此外，根据最新的进展，v7的报表还可以生成MPCCI接口数据文件，MpCCI是当前国际最为通用的CAE软件接口平台，基于MpCCI标准的接口数据文件无疑将大大增强用户实现联合仿真的能力。

COM自动化与系统集成

Flowmaster V7一如既往的支持基于COM（Component Object Model，组件对象模型）的开发。COM是微软对于网页伺服器与客户端、增益集与Office系列软件之间互动的软件元件技术。COM自动化（COM Automation）是指应用程序的COM化（封装成COM组件）以让外部程序调用这些COM组件，实现各种功能。其典型应用体现在微软的很多软件中，尤其是Office系列软件中都支持宏，例如Excel、Word及Access。Flowmaster软件的许多功能也封装成了COM组件，这些组件可以通过运用于Windows平台的其他软件包括微软的Office系列软件进行调用，实现数据的交互和分析的自动化。

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COM自动化与系统集成

基于COM自动化技术，Flowmaster已经开发了和许多其他知名CAE软件的接口，如FLUENTLink、FlowmasterLink for MATLAB等。进一步，对于其他应用软件包括设计软件如PDMS，只要支持COM技术（一般应用于Windows操作平台的软件都会支持），就能够通过用户的二次开发实现Flowmaster和三维设计软件之间的无缝集成。

精确预测压力、温度及参数化分析

Flowmaster是专为流体系统开发设计的仿真工具，无论是设计产品的水/液系统、油、气（空气、氧气、二氧化碳、氢气等）系统，Flowmaster都可以对系统进行精确的压力、流量、流速、温度分析。Flowmaster中的元件模型主要是基于压力－流量关系，因此对系统压力分布、流量分布及元件流阻、流量及流速进行精确的计算是软件的基本功能。用户对元件进行建模时只需要输入能够反映元件流阻特性的数据就可以了。作为一个开放的仿真平台，Flowmaster允许用户对元件进行几何参数建模、实验数据建模或直接利用Flowmaster的实验数据库进行直接建模。

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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乾和分支的流量，进而得到流速、雷诺数、马赫数等参数。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，根据系统自带或用户输入的元件热性能参数，考虑元件与流体介质及环境的传导换热、对流换热及辐射换热，同时还考虑温度对流体介质（如滑油、燃油、空气等）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、换热效率及努谢尔数等参数。

Flowmaster V7版本针对系统参数优化提供了Var. Params.控制面板功能，如下图所示，用户可以设定系统中的某些变量为可变参数，这些参数将集中体现在Var. Params.参数面板中，在这个面板中用户可以设定变量的参数值，从而进行多工况仿真计算并在多工况中寻找最优解。此外，Var. Params.面板还提供了参数之间的耦合关系，即以函数关系控制各运行变量之间的耦合，以下图为例，【Parameter1】和【Parameter2】为输入可变参数，而【Parameter3】为【Parameter1】和【Parameter2】的函数，此时在【Parameter3】的参数表中即可实现相应的函数控制，其使用的语法规则为C＃语言。

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Var. Params.控制面板

完备的分析手段与智能建模

Flowmaster是面向工程的完备的流体系统仿真软件包，对于各种复杂的流体管网系统，工程师可以利用Flowmaster快速有效的建立精确的系统模型，并进行完备的分析。Flowmaster具备的分析模块可以对流体系统（含液压系统）进行稳态和瞬态分析。

这些分析模块分为两个主要的部分：

l IS、IT——不可压流体配送系统分析模块。IS为稳态流动分析模块，IT为瞬态流动分析模块。

l SSH、STH——不可压流体传热分析模块。，SSH为不可压稳态热分析模块，STH为不可压瞬态热分析模块。

l CS、CT——可压缩气体系统分析模块。CS、CT含义与上同。由于可压缩分析模块将能量方程及状态方程加以考虑，所以其稳态及瞬态分析就已经包含了热性能的分析。

除具备完备的仿真分析手段外，Flowmaster也是一款非常智能的仿真平台，能够为工程师提供非常智能的辅助建模手段，以部件参数表为例：Flowmaster的每个部件都包含有大量的参数，依据可压、不可压、传热、不传热等分析类型不同，其部件参数的输入要求也大不相同，这就会给初级的工程师造成很大的困惑：到底哪些参数是必须输入、而哪些参数又是可选输入的呢？有了Flowmaster的智能建模辅助工具，这个难题就迎刃而解了，如下图所示，红色的参数条目为必须输入的参数，黄色的参数条目则是可选输入的，这样的参数表简单明了，避免了参数输入的错误。

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Flowmaster的智能仿真平台还体现在交互仿真功能上，交互式仿真功能可以在仿真计算时随时改变元件的某个参数，如马达的转速或阀芯的位置等，这些参数的改变对系统的影响会立刻显示出来。交互仿真对用户非常有帮助，用户可以实时监视输出结果，改变系统参数，当结果不理想时，可以随时停止仿真。

完备的元件库

Flowmaster根据不同功能的流体系统建立了两种元件库，一种是流体输送类元件库，一种是流体做功类元件库。而每种元件库都根据元件的种类分为诸多元件族，比如泵族、管道族、换向阀族、喷嘴族、油箱族、油滤族、三通族、轴承族、油缸族等等。

工程师可以从元件库中选择建立流体系统模型需要的所有标准元件。在Flowmaster的两种元件库中，总共有近40类元件族，300多种元件，几乎函盖了目前流体系统需要的所有的标准元件。比如，在泵元件族中，就有齿轮泵、活塞泵、叶片泵、轴向泵、径向泵、混合泵、航空专用的射流泵等，在换向阀元件族中，有两位两通，两位三通等多种元件。用户只需要根据自己的系统物理模型来选择需要的元件即可。此外，根据车辆工程仿真的需要建立了该软件特有的元件库，像控制元件库和机械类元件库，像PID控制器、弹簧、阻尼等。这些元件完全可以满足各种流体系统，如车辆热管理系统及液压传动系统的建模需要。

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Flowmaster V7汽车工业版本新增部件

此外，Flowmaster V7 汽车工业版本更是针对汽车行业用户开发了大量汽车行业专用部件，如：发动机、涡轮增压器、排气阀、油泵、节温器等，同时针对空调系统在车辆工程中的应用专门开发了空调系统元件家族，提供空调系统建模，如压缩机、冷凝器、蒸发器、储液罐、各种热膨胀阀及专用的空调系统管道等空调专用元件。这些元件模型能够模拟系统中的气液相变，并能够模拟湿度在空调系统中的变化。

综上所述，Flowmaster具备的分析模块及元件库可以：

l 对流体系统（含液压系统）进行压力、温度、流速、流量等参数的预测

l 进行稳态和瞬态分析（含热分析）

l 对空调系统和发动机舱空气系统进行仿真分析

l 对元件尺寸及各种复杂形状的流体管网系统进行分析

软件运行环境

Flowmaster软件可以运行在Windows2000、NT及XP 操作系统。推荐硬件配置为

l Pentium 4以上处理器

l 512Mb以上内存

l 1024×768以上分辨率

Flowmaster软件使用许可管理器FLEXlm可以安装在Windows或Unix系统上，并利用浮动License进行管理，在局域网内选定一台机器安装License服务器，局域网内的机器通过设置环境变量就可以远程使用该软件。

代码

本文链接: https://www.books51.com/303822.html

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