NUMECA软件介绍

NUMECA航 空 航 天 领 域 解 决 方 案 2 小 结 算 例 FINETM/Hexa解 决 方 案 NUMECA公 司 介 绍 3 NUMECA公 司 总 部 位 于 比 利 时 王 国 布 鲁 塞 尔 ， 创 始 人 之 一 是 国 际 著名 CFD专 家 、 比 利 时 皇 家 科 学 院 院 士 、 中 欧 航 空 合 作 委 员 会 主 任 委 员Charles Hirsch教 授 ； 在 中 国 、 美 国 、 德 国 、 日 本 、 俄 罗 斯 、 西 班 牙 、韩 国 、 印 度 尼 西 亚 、 意 大 利 等 世 界 各 地 设 有 分 公 司 或 代 理 商 。 作 为 国 际 上 最 具 创 新 性 公 司 之 一 的 NUMECA公 司 ， 始 终 以 行 业 需 求为 导 向 ， 坚 持 开 发 最 先 进 的 CFD技 术 ， 并 真 诚 的 与 工 业 界 分 享 其 最 新 的研 究 成 果 。 4 NUMECA公 司 全 面 的 AutoMesh-4G网 格 技 术 体 系AutoMesh-4GHEXPRESS HEXPRESS/Hybrid IGGAutoGrid全 六 面 体 非 结构 网 格 混 合 网 格结 构 化 网 格结 构 化网 格 自动 生 成 5 NUMECA公 司 FINETM系 列 多 物 理 模 拟 集 成 环 境 体 系 6 FINETM/Turbo旋 转 机 械 领 域 解 决 方 案Initial GeometryMesh Generators Multi-stage flow solver Post-processor 7 l 可 凝 结 流 体 模 块l 非 线 性 谐 函 数 模 块l 滑 移 网 格 /相 延 迟 模 块l 可 压 缩 、 不 可 压 缩 流 动l 冷 却 /抽 吸 模 块l 空 化 模 块l 边 界 层 转 捩 模 块l CPUBooster强 化 隐 式 加 速 收 敛 技 术 l MpCCI多 物 理 场 耦 合 模 块 FINETM/Turbo功 能 模 块 三 级 半 压 气 机 表 面 静 压 分 布 8叶 片 排 间 尾 迹 干 涉 作 用 （ 熵 等 值 线 及 型 面 静 压 云 图 ） 9 FINETM/Marine水 动 力 特 性 解 决 方 案l 针 对 水 动 力 学 速 度 压 力 耦 合 求 解 器l 时 间 /空 间 二 阶 精 度l 丰 富 的 湍 流 模 型 如 S-A、 K-E、K-OMEGA、 EASM等l 高 精 度 的 自 由 液 面 捕 捉 技 术 处 理 自 由表 面 、 模 拟 破 碎 波 等 现 象l Stokes数 值 波 浪 模 型l 船 体 6DOF运 动 模 拟l 强 大 的 动 网 格 技 术 10 自 由 液 面 及 破 碎 波 捕 捉 、 波 浪 非 定 常 模 拟 11 船 体 在 自 由 水 面 航 行 力 与 力 矩 随 时 间 变 化 曲 线 12 飞 行 器 近 水 面 飞 行 波 浪 效 应 数 值 模 拟l 水 面 波 浪 及 三 维 机 翼 空 间 流 线 图 计 算 条 件 ： V=90m/s alpha=5 13 l 升 力 收 敛 曲 线 周 期 性 变 化 T 时 间 14 FINETM/Loads导 弹 载 荷 分 析 系 统 FINETM/Loads全 称 是 气 动 载 荷 综 合 分 析 系 统 ， 通 过 对 气 动 力 的 快 速 估 算 ， 实 现 对 弹 道曲 线 极 限 状 态 的 自 动 筛 选 、 CFD分 析 和 耦 合 分 析 等 。 载 荷 分 析 示 意 图 15 FINETM/Loads通 过 输 入 弹 道 曲 线 和 几 何 参 数 ， 进 行 快 速 气 动 力 估 算 ， 再 根 据 设 置 的 筛选 准 则 显 示 出 相 应 飞 行 状 态 的 升 力 、 阻 力 及 力 矩 等 计 算 结 果 。弹 道 不 同 位 置 计 算 结 果 快 速 筛 选 模 块 导 弹 模 型 参 数 设 置 界 面 16根 据 输 出 准 则 进 行 结 果 输 出 计 算 结 果 快 速 筛 选 模 块 界 面 17 l 气 动 计 算 模 块 ， 提 供 主 流 CFD软 件 接 口 ， 进 行 CFD分 析l 结 构 分 析 模 块 ， 提 供 常 用 FEA软 件 接 口 ， 进 行 结 构 应 力 应 变 分 析l 耦 合 分 析 模 块 ， 提 供 MpCCI接 口l 实 验 数 据 应 用 模 块 ， 由 实 验 得 到 的 测 压 数 据 ， 可 以 通 过 三 维 插 值方 法 插 值 到 整 个 物 面 ， 得 到 面 载 荷 分 布 ， 然 后 加 载 到 结 构 软 件 ，进 行 结 构 分 析 。 18 小 结 算 例 FINETM/Hexa解 决 方 案 NUMECA公 司 介 绍 19Mesh Generators FINE/Hexaflow solver Post-processor FINETM/Hexa航 空 航 天 领 域 解 决 方 案 20 全 六 面 体 非 结 构 网 格 生 成 器 HEXPRESS几 何 初 始 网格 自 适 应 细化 贴 体 优化 插 入 边界 层由 体 到 面 21 流 场 初 始 网 格Initial mesh 网 格 初 始 化 ， 将计 算 域 外 部 边 界 围成 的 区 域 均 匀 划 分 22 Mesh adaptation 按 用 户 指 定 的 曲率 、 间 隙 或 /和 目 标网 格 单 元 尺 寸 等 准则 ， 在 物 面 附 近 自动 细 化 网 格 ， 并 删除 所 有 与 计 算 域 边界 相 交 和 位 于 计 算域 外 的 网 格 单 元 根 据 模 型 进 行 网 格 细 化 23 Snap to geometry 将 细 化 后 的 网 格投 影 到 模 型 外 形 上 ，并 自 动 吸 附 到 所 有的 角 点 和 棱 边 ， 生成 贴 体 网 格 网 格 进 行 贴 体 24 Optimize 自 动 消 除 负 体 积和 凹 体 积 ， 调 整 网格 质 量 网 格 优 化 25 Viscous layers 连 续 拆 分 紧 邻 物面 的 那 层 网 格 单 元 ，快 速 生 成 高 质 量 的边 界 层 网 格 插 入 边 界 层 网 格 26 Python脚 本 批 处 理Commands for editing, saving and executing scripts Recored Hexpress session can be edited, saved and executed again 27 HEXPRESSTM采 用 的优 化 方 法 可 以 轻 松 、 容 易消 除 负 体 积 和 凹 体 积 的 网格 单 元 ， 确 保 生 成 的 计 算网 格 具 有 非 常 高 的 质 量 。 一 般 情 况 下 ， 最 终 计算 网 格 的 正 交 性 高 于 80的 网 格 单 元 占 其 总 数 的85%以 上 。 网 格 质 量 检 查 工 具 28 u网 格 算 例 演 示l 麻 雀 弹 III 网 格 数 量 ： 100万 总 共 耗 时 20分 钟 人 5分 钟软 件 15分 钟 29 l 麻 雀 弹 III流 场 对 称 面 及 横 截 面 网 格 30 l 麻 雀 弹 III 网 格 质 量 检 查 31 l 某 两 级 导 弹 网 格 110万 总 共 耗 时 30分 钟 人 10分 钟软 件 20分 钟 32 l 两 级 导 弹 流 场 对 称 面 33 l 两 级 导 弹 网 格 质 量 检 查 34 l STL、 Parasolid、 CATIA格 式 导 入 几 何 模 型 文 件l 网 格 输 出 FINETM/Hexa、 Fluent、 CFX、 STAR-CD等 求 解 器 使 用 全 自 动 混 合 网 格 生 成 器 HEXPRESS/Hybrid 35 NUMECA公 司 针 对 异 常 复 杂 模 型 开 发 的 混 合 网 格 生 成 器 ， 其 采 用 国 际 上 先 进 的 八叉 树 网 格 划 分 方 法 ， 快 速 、 自 动 在 计 算 域 生 成 包 含 六 面 体 （ 主 要 ） 和 四 面 体 单 元 的 高质 量 的 混 合 网 格 。 考 虑 了 所 有 部 件 的 吉 普 车 表 面 网 格 全 自 动 混 合 网 格 生 成 器 HEXPRESS/Hybrid 36 传 统 方 案NUMECA方 案， 节 省 一 个 量 级 的 网 格 划 分 时 间 ！ 集 模 型 修 复 、 面 网 格 、 体 网 格 于 一 体 的 创 新 前 处 理 方 案几 周 或 几 天几 个 小 时 37几 何最 终 网 格 叉 树 方 法 细 化 网 格 生 成 混 合 网 格网 格 贴 体 网 格 生 成 过 程 38 l 针 对 任 意 复 杂 模 型 计 算 域 生 成 网 格l 自 动 完 成 CAD模 型 的 清 理 、 补 洞 等 修 复l 全 自 动 、 快 速 完 成 网 格 的 生 成l 先 进 的 并 行 网 格 生 成 技 术l 相 似 模 型 的 批 处 理 技 术 打 开 起 落 架 的 某 轰 炸 机 主 要 特 征 39 麻 雀 弹 网 格网 格 : 150万 ， 4核 机 器 CAD 网 格 人 5分 钟 、 软 件 5分 钟 10分 钟 40 F22战 斗 机 全 机 网 格网 格 : 200万 ， 4核 机 器 CAD 网 格 人 10分 钟 、 软 件 20分 钟 30分 钟 41 流 场 对 称 面 网 格 42 Boeing757模 型 Hybrid保 留 所 有部 件 43 Boeing757整 机 网 格网 格 : 800万 ， 4核 机 器 CAD 网 格 人 0.5小 时 软 件 1.5小 时 2小 时 44 FINETM/Hexa求 解 器l 全 二 阶 精 度 时 间 /空 间 离 散 格 式l 定 常 、 非 定 常 流 动l 工 业 界 广 泛 应 用 的 S-A、 K-epsilon、 K-omega等 多 种 经 典 湍 流 模 型l 可 压 缩 、 不 可 压 缩 流 动l 低 速 、 亚 音 速 、 超 音 速 及 高 超 音 速 等l 流 场 自 适 应 求 解 技 术l 先 进 的 Agglomeration多 重 网 格 加 速 技 术l CPUBooster强 化 隐 式 加 速 收 敛 技 术 l MpCCI多 物 理 场 耦 合 模 块 l 共 轭 传 热 /燃 烧 /辐 射 /多 孔 介 质 等 丰 富 的 物 理 模 型l 方 便 的 多 任 务 批 处 理 功 能 CFL 500 1000 45 FINETM/Hexa快 速 气 动 设 计 、 分 析 功 能 HEXPRESSTM 欧 拉 网 格 FINETM/Hexa 快 速 气 动 设 计 、 评估 等 型 号 选 型 任 务FINETM/Hexa 气 动 力 及 流 场 的精 确 分 析 粘 性 网 格 46 Agglomeration全 多 重 网 格 加 速 收 敛 技 术l 更 高 的 级 差 多 重 网 格 技 术 效 率l 相 邻 网 格 融 合 形 成 多 面 体 控 制 体 积l 鲁 棒 性 强 健 的 算 法 保 证 相 邻 层 的 网 格 数 目 比 例 接 近 于 1： 8 47 Agglomeration加 速 技 术 分 两 部 分 ： 粗 网 格 初 场 预 估 技 术 和 残 差 光 顺 技 术l 粗 网 格 初 场 预 估 技 术 流 程 粗 网 格 上 进 行 流 场 初 始 化 求解 计 算 ， 将 流 场 解 插 值 传 递给 下 一 层 稍 细 网 格 作 初 始 解 ，再 进 行 计 算通 过 聚 合 技 术 聚 合 相 邻 的 网格 单 元 形 成 不 规 则 的 粗 网 格 ，聚 合 几 次 便 形 成 几 层 粗 细 不同 的 网 格 经 过 几 层 粗 网 格 计 算 后 的 流场 解 ， 最 后 传 递 给 最 细 的 网格 进 行 流 场 求 解由 于 在 粗 网 格 上 用 很 少 的 计 算 代 价 获 得 了 流场 的 预 估 ， 因 此 该 方 法 能 有 效 的 提 高 收 敛 速度 ， 并 能 防 止 计 算 的 发 散 聚 合 网 格 的 层 数 48 l 粗 、 细 网 格 层 之 间 残 差 光 顺 技 术细 网 格 上 进 行 一 次 或多 次 光 顺 计 算 ， 消 除高 频 误 差 将 流 场 解 传 递 至 粗 网格 上 进 行 计 算 ， 获 得流 场 解 的 修 正 值 。 在粗 网 格 上 ， 低 频 误 差被 放 大 成 高 频 误 差 而得 以 消 除 将 粗 网 格 上 获 得 的 流场 解 修 正 值 传 递 回 细网 格 ， 获 得 新 的 流 场近 似 解 49 50 CPUBooster强 化 隐 式 加 速 收 敛 技 术 加 速 收 敛 技 术 新 的 突 破 CFL数 推 至 5001000 大 幅 度 降 低 了 收 敛 时 间 DLR-F4 M = 0.75 cells=9.000.000 51 CPUBooster DLR-F4收 敛 历 史 网 格 900万 52 Task Manager方 便 强 大 的 多 任 务 管 理 模 块 设 置 计 算 项 目设 置 计 算 子 工 况不 同 迎 角 、 马 赫数 TaskManager 53 流 场 后 处 理 CFViewTMl 方 便 的 绘 制 各 种 三 维 云 图 、 等 值 线 /面 图 、 三 维 效 果 渲 染 图 、 二 维 线 图l 轻 松 实 现 各 种 标 量 、 矢 量 的 面 /线 积 分l 采 用 宏 技 术 及 模 板 技 术 ， 图 形 后 处 理 工 作 具 有 完 全 可 重 复 性和 自 动 性l 动 画 的 制 作l 54 小 结 算 例 FINETM/Hexa解 决 方 案 NUMECA公 司 介 绍 55 算 例 展 示u 激 波 管 反 射 理 想 气 体 ， Ma=2 Euler方 程 5次 自 适 应 （ 密 度 、 压 力 、 梯 度 准 则 ） 56 u 65 三 角 翼 Ma=0.29 网 格 自 适 应 计 算 （ 压 力 梯 度 准 则 ） 算 例 展 示=1531.8万 /68.8万 =3031.8万 /66万 57 算 例 展 示u 65 三 角 翼 流 场 自 适 应 求 解 =15 ， Ma=0.29 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.00.0 0.5 1.0 1.5 -Cp Z/S experimental computational_ no_adaptation computational_ adaptation 58 算 例 展 示u 65 三 角 翼 背 风 面 的 流 线 图 =15 ， Ma=0.29 =30 ， Ma=0.29 59 算 例 展 示u DRL-F6压 力 系 数 等 值 线92万 网 格 单 元S-A模 型Ma=0.75Re=3e6=1 60 算 例 展 示u DRL-F6 无 自 适 应 计 算 结 果 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26-1.0 -0.50.0 0.51.0 1.5 -Cp x Y/B=0.239 exp cal 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26-1.0 -0.50.0 0.51.0 1.5 -Cp x Y/B=0.331 exp cal 61 算 例 展 示u DRL-F6物 面 极 限 流 线 计 算 与 实 验 对 比 翼 根 实 验 油 流 线 计 算 翼 根 极 限 流 线 62 u DPW-4第 四 次 阻 力 预 测 会 议 算 例 63 l S-A模 型 16个 CPU 计 算 迭 代 50步 残 差 收 敛 至 10-6l 1600万 网 格 耗 CPU时 间 ： 75分 钟 阻 力升 力残 差粗 网 格 细 网 格 64 u F16战 斗 机 全 机 模 拟 算 例 展 示 对 称 面 网 格 表 面 网 格 网 格 数 量 ： 200万耗 时 ： 3个 小 时 人 力 时 间 1个 小 时 机 器 时 间 2个 小 时 65 算 例 展 示u F16计 算 结 果 表 面 压 力 分 布 云 图 机 翼 横 截 面 压 力 等 值线 及 空 间 流 线 图Ma=0.8 a=15 66 算 例 展 示u 方 柱 导 弹 （ 模 型 1） 无 尾 翼计 算 参 数 ：Ma=2.5， Re=4.0X106攻 角 14滚 转 角 0 、 22.5N-S方 程 ， S-A模 型二 阶 中 心 格 式 ， CFL=1.5 滚 转 角 0 67 u 方 柱 导 弹 （ 模 型 1） 表 面 压 力 系 数 与 实 验 对 比 ， 滚 转 角 0 算 例 展 示 0 45 90 135 180 225 270 315 360-0.20-0.15-0.10 -0.050.000.05 0.10 Cp ,deg exp cal 0 45 90 135 180 225 270 315 360-0.15-0.10 -0.050.000.05 0.10 Cp ,deg exp cal 0 45 90 135 180 225 270 315 360-0.10-0.05 0.000.05 0.10 Cp ,deg exp cal 68 u 方 柱 导 弹 (模 型 1)表 面 压 力 系 数 与 实 验 对 比 ， 滚 转 角 22.5 算 例 展 示 0 50 100 150 200 250 300 350-0.20-0.15-0.10 -0.050.000.05 0.10 Cp ,deg exp cal 0 45 90 135 180 225 270 315 360-0.20-0.15-0.10 -0.050.000.05 0.10 Cp ,deg exp cal 0 45 90 135 180 225 270 315 360-0.20-0.15-0.10 -0.050.000.05 0.10 Cp ,deg exp cal 69 u 方 柱 导 弹 (模 型 2) 算 例 展 示计 算 静 压 云 图 （ 彩 图 ） 和 实 验 蒸汽 屏 照 片 （ 黑 白 图 ） 70 u 麻 雀 弹 III算 例 演 示计 算 网 格 示 意 图 ：计 算 条 件 ： 标 准 大 气 压 T=300K l 流 场 对 称 面 压 力 云 图 Ma=1.5 攻 角 a=4.9 Ma=5 攻 角 a=4.9 71 l 流 场 对 称 面 马 赫 云 图 Ma=1.5 攻 角 a=4.9 Ma=5 攻 角 a=4.9 72 l Ma=1.5 攻 角 a=36 物 面 极 限 流 线 及 弹 翼 附 近 流 线 73 l Ma=1.5 攻 角 4.9 、 16.9 、 36 背 风 面 物 面 极 限 流 线 不 同 攻 角 背 风 面 物 面 极 限 流 线 a=4.9a=36a=16.9 74 u MpCCI多 物 理 场 耦 合 平 台l 德 国 SCAI开 发 出 ， 其 目 的 是 为 了 提 供 一 个 独 立 的 接 口 来 耦 合 不 同 的 仿真 代 码 。 目 前 与 NUMECA公 司 结 成 战 略 合 作 伙 伴 关 系 。l 作 为 多 物 理 场 耦 合 平 台 ， 其 实 现 了 不 同 计 算 网 格 （ 如 固 体 网 格 与 流 体网 格 ） 之 间 网 格 节 点 的 匹 配 、 计 算 数 据 的 交 换 、 不 同 软 件 之 间 的 接 口 等关 键 技 术 。 75 u MpCCI多 物 理 场 耦 合 软 件l 耦 合 CAE软 件 FINETM/Hexa Fluent STAR-CD ABAQUS ANSYS MSC.Marc MD.NASTRAN l 多 物 理 场 耦 合 流 固 耦 合 流 热 耦 合 热 固 耦 合 辐 射 热 耦 合 声 固 耦 合 电 热 耦 合 电 磁 耦 合 76 u 麻 雀 弹 流 固 耦 合 计 算 FINETM/Hexa及 耦 合 平 台 MpCCI， 再 配 合 ABAQUS结 构 分 析 软 件 来 实 现 流 固耦 合 数 值 模 拟 分 析 MpCCI耦 合 界 面 77 u MpCCI流 固 耦 合 数 据 交 换 示 意 图 78 u 流 场 网 格 和 固 体 网 格流 场 网 格 固 体 网 格 79 u 弹 翼 位 移 变 形 分 布 图l 计 算 条 件 标 准 大 气 压 Ma=2、 alpha=10l 材 料 条 件 硬 铝 合 金 ： 密 度 2700kg/m3 弹 性 模 量 70GPa 翼 尖 位 移 变 形 随 时 间 变 化 分 布 图 80 l 应 力 随 位 移 变 形 分 布 图 应 力 随 弹 翼 变 形 的 分 布 图 81 l 计 算 条 件 标 准 大 气 压 Ma=0.7、 alpha=5l 材 料 条 件 硬 铝 合 金 ： 密 度 2700kg/m3 弹 性 模 量 70GPau DLR_F4飞 机 模 型 机 翼 流 固 耦 合 分 析 流 场 网 格 固 体 网 格 82 l 位 移 变 形 和 应 力 分 布 位 移 变 形 分 布 图 应 力 随 机 翼 变 形 的 分 布 图 83 材 料 ： 合 金 钢 ， 密 度 7 .8 5 g/cm*3弹 性 模 型 ： 2 1 0 GPa泊 松 比 ： 0 .3转 速 ： -17188 r min-1 u 发 动 机 叶 片 流 固 耦 合 分 析 轴 向 力 收 敛 曲 线 图 叶 片 变 形 随 时 间 变 化 分 布 图应 力 随 时 间 变 化 分 布 图 84 A X方 向 随 时 间 位 移 变 化 图 Z方 向 随 时 间 位 移 变 化 图 l 监 测 点 A位 移 变 化 示 意 图 Y方 向 随 时 间 位 移 变 化 图 85 共 轭 传 热u 共 轭 传 热 、 换 热 分 析 温 度 云 图 86 气 动 噪 声 分 析 方 法 及 功 能 组 成 ：CFD 计 算 得 到 噪 声 源 的 静 压 脉 动 （ NLH方 法 ）近 场 传 播 ， 与 流 动 强 相 互 作 用 （ LEE 模 型 ）l研 发 中 的 LEE模 型 采 用 四 阶 Discontinuous Galerkin 格 式远 场 传 播 ， 与 流 动 弱 相 互 作 用 （ FW-H模 型 ） CFDLEEFW-H 气 动 噪 声 87 气 动 噪 声 噪 声 源 的 静 压 脉 动 直 接 采 用 Harmonic非 定 常 方 法 进 行 捕 捉 采 用 Harmonic方 法 进 行 非 定 常 计 算 ， 大 大 节 省 了 计 算 时 间 涡 扇 发 动 机 气 动 噪 声 分 析 （ 声 压 分 布 ） 88 波 音 公 司 桨 扇 发 动 机 ：网 格 节 点 ： 400万6个 并 行 ， 用 时 仅 6小 时 Near field acoustic signature 桨 扇 发 动 机 熵 分 布 89 小 结 算 例 FINETM/Hexa解 决 方 案 NUMECA公 司 介 绍 90 l AutoMesh-4G提 供 全 面 的 网 格 生 成 解 决 方 案l 高 度 自 动 化 、 向 导 式 的 网 格 生 成 方 式l Agglomeration及 CPUBooster快 速 求 解 技 术l 经 过 大 量 的 算 例 验 证 ， 结 果 精 确 可 靠 总 结 感 谢 您 的 关 注 !