Flow Simulatie met FLoEFD

24 mei 2018

Solid Edge heeft met versie ST10 ook Flow Simulatie-gereedschappen gekregen voor stromingsanalyses van gassen en vloeistoffen en voor thermische studies. FloEFD is de naam van deze uitbreidingsmodule die geheel binnen Solid Edge geïntegreerd is.

 

Door Jaap Dubbelaar

FloEFD is door Mentor ontwikkeld, een bedrijf dat sinds vorig jaar onderdeel uitmaakt van Siemens. De applicatie gebruikt originele Solid Edge-modellen waardoor de engineer tijdens het ontwerpen direct stromingsanalyses kan uitvoeren op basis van de geometrie. Geen enkele vertaling of export is hier voor nodig. Daarom is een analyse ook altijd up-to-date met de laatste modelaanpassingen en kunnen er vroeg in het ontwerpproces nauwkeurige ‘What if’-studies gedaan worden.

Flow Simulatie

FloEFD is geheel geïntegreerd in Solid Edge.

Alle benodigde input voor de analyse wordt in het Solid Edge-samenstellingsbestand met het ontwerp opgeslagen. De simulatieresultaten en tijdelijke bestanden worden in separate folders bewaard. FloEFD ondersteunt alle stappen van de analyse. Beginnend met het kiezen van het Solid Edge CAD-model, daarna het aanmaken van de Mesh, het doorrekenen (Solving) en als laatste het presenteren van de resultaten. Alles volledig geïntegreerd binnen de Solid Edge-applicatie. Voor FloEFD zijn een aantal extra gereedschappen aangebracht zoals een speciale Ribbon met commando’s en een pagina in Edge Bar aan de linkerzijde van het Solid Edge-scherm.

Wizard

Met de Wizard is het mogelijk om op een snelle manier een analyse op te zetten. Nemen we als voorbeeld een luchtweerstandstudie van een auto, dan is daarvoor uiteenlopende input nodig. De eerste stap is het kiezen van een naam van het project. Binnen een Solid Edge-samenstelling is het mogelijk om meerdere analyseprojecten te definiëren voor het vergelijken van verschillende berekeningen en ontwerpiteraties. Vervolgens worden de eenheden van de berekeningen gekozen. De engineer kan hierbij in één keer een eenhedensysteem selecteren, waar, indien noodzakelijk, ook wijzigingen per grootheid op mogelijk zijn.

Bij de stap Analysis Type dient een keuze gemaakt te worden tussen een Interne of Externe Analyse. Het verschil is een studie van de beweging van gas of vloeistof dat zich dóór een model beweegt aan de ene kant (intern) en de effecten van een model dat zich een weg door het gas of de vloeistof heen baant (extern). Deze keuze bepaalt waar de grenzen liggen voor de studie. Het voorbeeld van een rijdende auto betreft een Externe analyse. De auto beweegt zich voort door de lucht. Voor analyses die een andere aard hebben dan de simulatie van de rijdende auto, zijn in deze stap extra fysische eigenschappen toe te voegen zoals warmtestraling en zwaartekracht.
De volgende stap is het kiezen van materialen van het model en de soort vloeistof of gas. Een grote verzameling van voorgedefinieerde materialen is beschikbaar. In het voorbeeld van dit artikel is het materiaal uiteraard lucht. Als laatste stap worden de snelheid en richting van het gas/de lucht gekozen. Voor thermische stromingsanalyses bevat de wizard ook stappen voor warmteoverdracht, warmteconvectie en uitgangstemperaturen.

Flow Simulatie

De Wizard voor de meeste analyse-instellingen.

Werkgebied bepalen

In de Edge Bar wordt de analyse in verschillende hoofdstukken aangegeven. Een van de settings geeft het werkgebied van de analyse aan in de vorm van een kubus. Dit gebied, het Computation Domain, is eventueel naar wens te vergoten en te verkleinen door de begrenzingsvlakken te verschuiven. Bij warmtestromingssimulaties dienen de warmtebronnen binnen het ontwerp te worden aangeduid door de bijbehorende geometrie te selecteren en het vermogen in Watt op te geven.
In tegenstelling tot andere Flow-analyse-applicaties is het bij FloEFD overigens niet nodig om de stromende substantie als solid te definiëren. Het hele volume buiten het model wordt hier automatisch voor gebruikt.

Goals en Mesh

Een belangrijke stap in de definitie van de studie is het kiezen van de Goals. Welke output wil de engineer van de analyse krijgen? In het voorbeeld van de auto is dit de luchtweerstand; de kracht die de auto ondervindt in de richting tegengesteld aan de rijrichting. Bij een thermische berekening binnen een elektronicabehuizing zullen dit temperaturen zijn en bijvoorbeeld snelheden van de luchtkoeling.
De engineer kan van een aantal Mesh-instellingen de waarde bepalen. Om te beginnen is er de Global Mesh met een Automatic- en Manual-instelling voor de elementgrootte. Bij Automatic wordt de fijnheid met een slider gekozen. De Automesher zal overigens ter plaatse van kleine details automatisch verfijningen aanbrengen. Ook zijn er instellingen die ervoor zorgen dat tijdens iteratiestappen van de analyse de mesh op kritische plaatsen automatisch nog verder wordt verfijnd.

Flow Simulatie

Luchtsnelheids-vectoren en temperaturen op een doorsnijdingsvlak (Cut Plot).

Resultaten

FloEFD genereert in de resultaten van de analyse een groot aantal zogenaamde Cut Plots. Zo kan bijvoorbeeld de Mesh in combinatie met de lokale gas- of vloeistofsnelheid worden getoond, maar ook een combinatie van snelheid en vector-richting of die van snelheid en stromingslijnen is mogelijk. In kleuren worden snelheid, temperatuur en druk weergegeven. In plaats van doorsnijdingsvlakken voor de weergave in kleuren kunnen deze resultaten ook op de modelvlakken worden gepresenteerd. Een Probe-tool wordt gebruikt om plaatselijke grootheden op te vragen. Tevens zijn er dynamische resultaatweergaven (Flow Trajectories) die een heel realistisch stromingsbeeld laten zien.
Een compleet analyseproject kan worden gekopieerd zodat, na het wijzigen van de modelgeometrie of analyseparameters, de resultaten te vergelijken zijn met de daarvoor beschikbare Compare-tool.

Flow Simulatie

Luchtsnelheid op het model (Surface Plot) en de automatische Mesh-verfijning op kritische plaatsen.

Modules en Databases

FloEFD heeft een aantal gespecialiseerde uitbreidingsmodules voor HVAC (verwarmings- ventilatiesystemen), Electronic Cooling, LED (verlichting) en EDA (PCB import en berekeningen). Ook is er de module Advanced, die analyse-ondersteuning bevat voor ijsvorming, verdamping en hypersonische stromingen. Naast de ingebouwde databases met materiaaleigenschappen en condities zijn extra database-opties beschikbaar, afhankelijk van de toegepaste modules. Zo zijn er bijvoorbeeld ventilatoren met opbrengstcurves en stralingsspectra beschikbaar voor licht- en stralingsberekeningen.

Jaap Dubbelaar is freelance redacteur voor CAD-Magazine. Aanvullende informatie over Solid Edge is te vinden op www.solidedge.com en www.solidedge.nl. Engineers die FloEFD gratis willen uitproberen, kunnen hiervoor terecht op de FloEFD for Solid Edge-website.

 

Comments are closed.