设计仿真 | 使用Cradle CFD仿真工具设计最佳实践

前处理可实现提升10倍的生产率  

海克斯康工业软件Cradle CFD让工程师能够通过下面列出的各种仿真功能来设计最佳实践。

CFD工程师经常遇到不完美或“脏”的CAD数据、求解时间（计算速度）和精度方面的挑战。因此，他们通常需要花费大量时间清理不完美的CAD数据。

Cradle CFD独特的CFD网格划分技术有助于消除处理脏的CAD数据的需要，从而将生产率提高10倍。Cradle CFD由两个模块/求解器组成：

• scFLOW适用于需要极高精度的应用

使用scFLOW中新的体素拟合网格方法/算法，可以直接从不完善的CAD数据生成CFD网格。该算法可以在网格划分过程中自动修正不封闭的CAD模型，薄间隙，重叠和其他缺陷。

• scSTREAM适用于边界层精度不高的应用

scSTREAM利用结构化网格，几乎不需要CAD清理，可以有效地处理包含数千个零件的非常大的模型;更不用说快速网格划分，低内存使用和出色的计算速度。

图：Cradle CFD结合海克斯康硬件在建筑领域的解决方案

基于AI/ML的实时数字孪生（降阶建模–ROM）

工程决策可以成就或破坏新产品的推出。通过仿真即时洞察设计决策的影响，将有助于工程师基于对产品性能的物理理解做出更好/合理的决策。虽然95%的工程经理认为工程仿真有利于产品开发，但缺乏专业知识、复杂性和所花费时间等挑战可能会起到威慑作用。使用机器学习（ML）可以通过将模拟生成的数据转换为智能决策来帮助解决这个问题。

Cradle CFD与海克斯康基于AI/ML的ODYSSEE ROM软件集成，可实现实时计算、灵敏度分析、设计优化和设计鲁棒性研究。例如，使用ROM进行室内空气质量评估可以帮助使用干式过氧化氢（DHP）设备在隔离室中实现去污离子和微生物减少。

此外，虽然CFD仿真是评估室内稳态瞬态DHP浓度的有效方法，但计算成本高。ROM模型开发基于Cradle CFD和ODYSSEE快速预测浓度值，并提供DHP浓度对设计参数的灵敏度。

例：

如下图所示，生成了11个设计变量、8个输出响应和40个DoE采样点用于训练ROM。此外，还生成了6个DoE采样点用于ROM验证。ROM在房间内点位置生成DHP浓度的稳态和瞬态预测以及3D绘图/动画。ODYSEE ROM在几秒钟内预测了所有输出响应（包括4个稳态DHP值和4个瞬态DHP响应的3600点）（预测6个验证案例需要5秒）。相比之下，等效的CFD模拟大约需要四个小时。

图：Cradle CFD结合3D-ROM快速预测三维仿真结果示意图

使用AR/VR实现可视化

研究表明，预计工程领域将成为增强现实(AR)应用的第三大领域，仅次于视频游戏和医疗保健，到2025年将达到47亿美元的市场规模。增强现实可以帮助提高客户参与度，并在研发以及运营和维护期间提供更好的展示效果。

海克斯康的解决方案使设计仿真工程师将有效地AR集成到设计过程中。例如，工作流可以如下所示：

• 从徕卡的3D扫描开始，因为70%的现有建筑没有3D模型。

• 使用Cyclone3DR进行CAD重建，使用BrisCAD添加BIM数据集管理

• 在Cradle CFD中模拟HVAC气流和温度分布

• 通过Cradle XR嵌入MyVR技术实现AR可视化

通过这种方法，工程师不仅可以展示房间中空气未有效换气的区域，还可以帮助确保气流不会污染建筑物中的特定区域。

图：从3D扫描到室内仿真，AR\VR展示的智能建筑解决方案

多物理场耦合解决方案

一般来说，Cradle CFD可以实现与来自不同领域的其他海克斯康软件工具（如多体动力学，线性和非线性FEA有限元软件以及声学）的单向或双向强耦合。耦合通常通过协同仿真平台实现，例如MSC CoSim，该平台允许用户探索两个物理场以上的多个物理场仿真。

特别是，Cradle CFD可以与通用声学软件Actran结合使用。Actran提供强大的气动声学和振动声学分析功能，以及耦合气动振动声学的创新功能，允许模拟与HVACR相关的分析，如风扇噪音。

气动声学分析可以通过使用从Cradle CFD获得的气动声源，输出到Actran进行声学仿真。例如，可以使用从稳态RANS分析中获得的流场来生成声源，并用SNGR（随机噪声产生和传播）方法进行分析。

同时Cradle CFD的scFLOW提供气动声学分析，试用于自由场气动噪声。为了模拟声波反射、阻尼和吸收等声学效果，用户需要与Actran进行协同仿真。

scFLOW2Actran,是scFLOW的流体分析和Actran的声学分析之间进行气动-声学耦合分析用平台，只需要在scFLOWGUI上进行操作就可以实现流体仿真到声学仿真，包括自动传递数据，自动调用声学模块进行声学分析等功能。协同仿真工具scFLOW2Actran认为是为scFLOW用户尽可能简单、流畅地使用，实现气动声学仿真目的。

（海克斯康工业软件）

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