Computational Fluid Dynamics - Власть народу

Сегодня все большее число инженеров, обращаются к вычислительной гидродинамики (CFD) программного обеспечения для моделирования, чтобы получить более полное представление inlo своих процессов и деталей машин, - и их усилия приносят свои плоды. CFD является обычно используются для упорядочения разработки и совершенствования работы большинства видов химико-технологического оборудования, систем сжигания топлива, измерения расхода и систем управления, materialhandling оборудования, а также загрязнение систем управления. "Использование CFD, многие операторы ИПЦ в состоянии реализовать огромный окупаемость за счет повышения эффективности и снижения операционных расходов в процессе их", говорит Роджер Ринтала, менеджер по стратегическому маркетингу Интеллектуальные Light (<A HREF = "http://www.ilight . Ком "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.ilight.com </ A>).

CFD также широко используется для проверки альтернативных сценариев для того, чтобы предсказать, как жидкости и поведение. Это позволяет разработчикам оборудования представить себе и понять, нового поколения машин конструкции, устранения неэффективных подходов и проверки выигрышных стратегий - до дорогостоящих прототипов когда-либо производства. Он также позволяет пользователям для тестирования конкурирующих стратегий оптимизации в виртуальном пространстве и ликвидации невыигрышных стратегии, прежде чем когда-либо корректировки фактических условий эксплуатации этого процесса. "Подобно тому, как важно, как и способность выполнять большое количество виртуальных экспериментов на компьютере, это тот факт, что CFD-моделирование предоставляет пользователям более высокий уровень понимания, чтобы они могли эффективно продвигать новых реакторов и оборудования конструкции". добавляет Эд Fontes, вице-президент заявок на Comsnl Инк (<a target="_blank" href="http://www.comsol.com" rel="nofollow"> www.comsol.com </>) .

"С момента разработки сложного оборудования стоит дорого и с учетом риска, используя CFD моделирования могут значительно снизить затраты и риски, в забой из бедных или опасные элементы дизайна, прежде чем они прототип", добавляет Франклин Kelecy, турбомашин применения специалист Tor ANSYS, Inc (<a target="_blank" href="http://www.ansys.com" rel="nofollow"> www.ansys.com </ A>), ранее Fluent, Inc (<A HREF = "HTTP : / / www.fluent.com "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "<> www.fluent.com />; Fluent был приобретен Ansys мая 2006).

"Дизайнеры как правило, имеют представление о том, какие части их разработки не являются оптимальными - они просто не знаю, почему", добавляет Ник Вайман, менеджер по разработке продуктов для поточечно (<A HREF = "http://www.pointwise. ком "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.pointwise.com </ A>). "Если ошибка в дизайне, выявленные в ходе предварительных испытаний, CFD часто может дать представление о происхождении этой проблемы и в некоторых случаях, давать руководящие указания относительно того, как она может быть решена", добавляет Kelecy.

Кроме того, многих средах химического процесса, которые не способствуют физической тестирования или датчика контроля. "В этих приложениях, CFD позволяет пользователям собирать конкретные данные и оценить и понять характеристики течения в каждой точке, в любое время в ходе процесса", говорит Мэтью Годо, Филдвью менеджер по продукции Интеллектуальные Света. "Понимание масштабов времени особенно важно для понимания физических явлений, как для горения и смешения". Fontes добавляет: "В виртуальных экспериментов, вы имеете полный контроль всех параметров вы изучаете, а реальные эксперименты часто содержат неопределенности и искажения. С CFD-моделирования, вы можете настроить гипотезы и исследование одного явления в то время, в целях , чтобы доказать или опровергнуть гипотезу, и сосредоточить свои эксперименты соответствующим образом ".

Всплывающие окна и выпадающие меню

После геометрии моделируемого объекта было адекватно описать с помощью сетки поколения программного обеспечения (Box, стр. 12), а также некоторые начальные условия потока были указаны, алгоритмы, заложенным в модели CFD решения основных уравнений гидродинамики, тепло-и о передаче материалов и другие явления, итеративно. Это позволяет пользователям моделировать практически любые поля течения, и все модели от исцелить передаче химических реакций и многофазных потоков.

Использование моделирования CFD не нова - на самом деле, она была в эксплуатации с 1970-х. Но в отличие от первых дней, те, кто сравнительно мало формальное обучение в сложные математические и вычислительные методы, которые лежат за пределами сегодняшних готовых CFD программного обеспечения больше не запрещено в ворота.

Например, большинство современных пакетов, интуитивно понятный графический интерфейс пользователя, который обеспечивает прямой визуальной обратной связи. "Эти переплетается облегчить включать связей между различными явлениями, которые не были бы настолько интуитивно попытка в прошлом. Например, пользователи могут ввести электрического поля в модели электролиза, гальваническое, электродиализ, и топливные элементы", говорит COMSOL в Fontes.

Такие функции, как раскрывающиеся и всплывающие меню, интуитивный шаблоны, а также встроенные и программируемые пользователем функции, предлагает пользователям путем создания и выполнения анализов. Некоторые даже позволяют уравнений быть введены непосредственно в пользовательский переплетаются, чтобы описать конкретные кинетики реакции и химические свойства. Встроенный в библиотеках имеются соответствующие данные, встроенные в программы, а также обеспечить мастера шаг за шагом инструкциям в руководстве пользователя через процесс.

Многие из современного программного обеспечения программы также обеспечивают проверку ошибок, которые могут определить неразбериху во время ввода данных и настройки, и предупреждает пользователей, прежде чем они переходить к следующему шагу. Кроме того, "Геометрия исцеления" функции помогают многие решатели CFD автоматически примирить "неоптимальным" геометрии характеристики, такие как небольшие пробелы, не соответствующих краев и очень небольшой поверхности, таким образом, что "поддерживает согласованность основных геометрии, но открывает новые поверхностей, которые легко отверстиями ", говорит Брэд Хатчинсон, вице-президент глобального маркетинга, аэрокосмической и турбомашин для Ansys.

"Не так давно, эксперт аналитики требуют дорогостоящего компьютерного оборудования для анализа весьма ограниченный характер", добавляет Вайман поточечной. "Сегодня, с минимальной профессиональной подготовки, оснащения дизайнеры могут использовать компьютеры товара рабочего стола для имитации очень продвинутые физических процессов".

"Проблема в прошлое, что CFD пакеты, необходимые для оператора, который специализировался в программном обеспечении, но не обязательно были знакомы с тем, химический процесс, чтобы быть разработаны или усовершенствованы", добавляет Хенрик фон Шенк, менеджер по продуктам реакции инженерии COMSOL. "Очень важно, что инженеры-химики, которые уже имеют понимание химических процессов также могут использовать программное обеспечение CFD. Простота использования может реально ускорить это развитие".

Хотя типичный коммерческих пакетов CFD пара CFD решателей с авансом сетки и вниз по течению последующей обработки данных, Есть случаи, когда пользователи могут выбрать специализированные автономные авансовые сетки системы или пост-обработки данных. "Настраиваемые экспертных систем, которые могут легко интерфейс с CFD вверх и вниз по течению meshgeneration пост-обработки пакетов программного обеспечения, не только делают CFD проще в использовании, но и повысить производительность труда и качество решения", говорит Саймон Ло, директор химического процесса промышленности, в Нью-Йорке CD-adapco (<a target="_blank" href="http://www.cd-adapco.com" rel="nofollow"> www.cd-adapco.com </ A> ).

Кроме того, благодаря более быстрой скоростью современных компьютеров, а также расширенные возможности решателей CFD, многие реальном мире, промышленного моделирования он может осуществляться на настольных компьютерах. "Прогресс в области параллельной обработки данных позволит более и более амбициозными, времени CFD расчетов - тех, которые когда-то требовали ЭВМ - в разумный период времени для технических целей", говорит Ахмад Хайдари, директор по промышленности, процесс, энергия и мощность, для Ansys.

"Мощные параллельных компьютеров, на которые приходится нелинейной динамики уже не к компетенции лабораторий DOF или НАСА, и, таким образом сообщество пользователей CFD вырос", добавляет Кристофер Фрейтас, руководитель программы вычислительной газовой динамики на Юго-западном исследовательском институте (SwRI; < HREF = "http://www.swri.org" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.swri.org </ A>). "Теперь можно выполнять сложные симуляции, которые могут потребовать десятки миллионов вычислительных зон и ячеек".

Между тем, способность решать полных уравнений Навье-Стокса также стало практическое значение для среднего пользователя. "Даже если дополнительные уравнения должна быть раскрыта - тем самым увеличивая общее время и расходы, требующиеся для камеры из моделирования - передовые модели сегодня ИБС обеспечить рациональное средство увеличения Навье-Стокса с соответствующими условиями, что модель эффекта полного геометрии и физике (например, турбулентность), потока ", говорит Kelecy из ANSYS.

Кроме того, химические процессы не поддаются линейной связи с химической кинетики участие. "Важно, пользователь форумах, чтобы иметь возможность определить материальных и энергетических балансов, в том числе химической кинетики и выражений затишье связи с потоком. Достижения в области компьютерного программного обеспечения и аппаратных средств сделали это возможным", добавляет фон Шенк в COMSOL.

"Комплексное моделирование не требуют сложных методов допроса", добавляет Godo интеллектуальных Света. "Последний пост-обработки инструмента очень легко использовать, и достаточно сложные для решения сложных вопросов. Это привело к повышению доступности CFD для аналитиков и менеджеров, так".

анализа жидкостей структуры взаимодействия

Последние дополнения к CFD методологии и позволяющие выполнять более подробную теплового стресса и интеллектуального анализа и моделирования поведения твердых компонентов оборудования - не только бегущие ручьи. Например, решения, предложенные модели CFD сейчас все чаще они связаны со стресс-анализ моделей в полной мере связанных моды, чтобы уступать многопрофильной практики, известной как жидкость-структура взаимодействия (FSI). Использование FSI анализа, пользователи могут модели, Tor, например, влияние высокой температуры газов на структурные компоненты. Кроме того, анализ может FSI модели потенциальных структурных деформаций в результате аэродинамических нагрузок, что позволяет пользователю сделать необходимые проектирования и / или оперативной корректировки на максимальную производительность систем и компонентов, долговечность.

"Возможность для моделирования различных важных явлений - таких, как открытие предохранительного клапана при обтекании давление, обусловленное мигание жидкости или деформации трубопроводов в соответствии с движением пульсирующий насос - в единой среде представляет большой интерес для химических процессов операторов ", говорит Хайдари в ANSYS.

Между тем, этот подход может быть использован операторы CTI стремится исправить клапан flulter, что связано с дисбалансом между вихрей вызванных потока на определенные отверстия клапана и структурных ответ значение в выяснении частоты. Говорит Хайдари в Ansys: "сочетании CFD-структурного моделирования можно интегрировать переходные силы, вызванные вихрей и частоты колебаний клапана, элемент".

CFD также часто используется при конечно-элементного анализа (FEA) методологии. Полученная информация может быть использована для прогнозирования конструкционной прочности и долговечности компонентов "Недавний прорыв". Хатчинсон говорит, Ansys, "был автоматизации информационно-передачи процесса между CFD и ВЭД модели". Такая автоматизация "значительно сокращает время, которое было ранее требовались для отображения температуры и коэффициента теплоотдачи получить CFD на структурные части", добавляет он, и позволяет в analyzec многих сложных анализов ФГУ "с нажатием нескольких кнопок. "

"Существует большое преимущество CFD моделирования и структурного анализа в полной) в сочетании моды", говорит Fontes в COMSOL. "Это можно сделать с помощью метода конечных элементов для моделирования течения, структурный анализ, и изменение сетки. Это обеспечивает высокую точность в решении сил и переходные процессы в жидкости твердых интерфейс, с относительно небольшой компьютер власти. В химический процесс, это может иметь большое значение для позиционирования датчиков и другого оборудования, которое может двигаться из-за потока ".

Фотографии стоит тысячи слов

Результаты моделирования CFD просто номера, которые связаны с данной точки в пространстве. Последующая обработка программного обеспечения обычно экстракты качественной информации, из этих результатов. "При оценке результатов CFD, критерии, используемые для определения того, какой дизайн лучше становятся все более изощренными", говорит Godo интеллектуальных Света. "Использование соответствующих пост-обработки инструмент предоставляет наилучший способ дать ответ на сложные вопросы о производительности устройства и эффективности процесса". Например, визуализации, которые производятся пост-обработки программного обеспечения может помочь пользователям получить представление об общем потоке, определить конкретные структуры течения и особенностей и запросов для конкретных данных количественной информации.

Такое программное обеспечение используется также для производства с высоким разрешением цветной графики и анимации, которые представляют такие вещи, как векторы скоростей, контуры давления и линии постоянного свойства поля течения. Это поможет пользователям идентифицировать проблемы, связанные с отрывом потока, застой, эрозия и т.д. Например, пост-обработку программное обеспечение может проникнуть в основные количественные результаты, путем извлечения данных в определенных точках, говорит Kelecy из ANSYS. Такие данные "добывает" может состоять из графических элементов, таких как ISO-поверхностей и резки самолеты, или данные, он может на конкретных комплексных линий и поверхностей с целью получения соответствующей средние, говорит Kelecy. Уделяя анализа, таким образом, пост-обработки инструментов сегодня программное обеспечение сломать CFD данных "на более управляемые куски", говорит Ло CD-adapco, и в этом поможет существенно уменьшить управления данными и обработки данных бремени.

Кроме того, Kelecy отмечает, что многие пакеты программ CFD становятся все лучше разбираются в Интернете, с помощью инструментов, которые могут генерировать HTML-отчеты и сообщения электронной почты. Это делает его легче, чем когда-либо инженерных групп сотрудничать и делиться своими выводами. "Возможность представить данные таким образом, что смысл всех этих людей, не имеющих опыта CFD имеет решающее значение для признания и опоры на CFD для принятия решений", говорит Ринтала из интеллектуальных Света.

Сюзанна Шелли,

Ответственный редактор

Что нового

Сигнализация для управления Регулируемые отрасли

Повышения и поддержания эффективности градирен

Обращаясь к опасности данных упущение MSDSS

в этом месяце тема: Управление процессом

CATALYST RECOVERY - Часть 3: Удаление загрязняющих веществ из отработанных катализаторов

Криогенная техника, второе издание

Решить проблемы творчески

Многоступенчатые процессы разделения, 3rd Edition

Теория перегонки и его применение к проектированию ВРУ