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Simcenter Flomaster V2021.1功能更新
時間:2021-06-07 14:34:57  作者:
1.簡介
本文檔提供了該版本更新概要。包括本版本中的新特性、授權代碼更改、主要安裝更改以及安裝前應該注意的數據轉換問題。此外,還包括在測試的最后階段發現的一些應用問題。


2.物理模型
2.1Multi- Physics管道元件
Simcenter? Flomaster? 2021.1新增一種管道元件,稱為Multi- Physics管。該管道使用顆粒跟蹤方法,模擬急劇的溫度或濃度前端,避免因為數值擴散導致的模糊結果。該元件對牛頓和非牛頓不可壓縮流體均適用。可應用于:
  • 對于運行多種流體工質的生產線,進行配料、吹掃或清洗過程模擬,并跟蹤流經系統的流體前端
  • 系統的工質的充注和排放
  • 類似于移液管,將液體吸入排出

圖1 - 顯示水被吸入和排出的移液管網絡模型
2.2增強泵曲線功能
基于Simcenter Flomaster 2019.2中引入的泵頭曲線構建向導工具,為了創建泵的其它曲線Simcenter Flomaster 2021.1在此基礎上增加了三個新功能,分別是:
  • 曲線構建向導工具現在可以創建扭矩vs流量曲線。
Simcenter Flomaster 2021.1版本可以使用“曲線構建向導工具”和“曲線數字化工具”創建泵扭矩v流量曲線。當只知道泵曲線的正向流量/壓升象限時,可以使用“擴展到所有操作模式功能”。 “曲線數字化工具”可以根據提供的曲線圖像創建曲線。



圖 2 – 泵扭矩曲線向導工具
  • 對切比雪夫多項式擬合曲線,添加查看多項式系數功能
  • 當選擇“擴展到所有操作模式”功能時,啟用曲線插值
當使用“擴展到所有操作模式”功能時,會選擇最近的泵曲線(徑向、混合或軸向)并復制數據,當點在兩個狀態之間時,可能會導致數據不匹配。為了得到更好的擬合曲線,曲線插值函數取數據點兩側的兩條曲線的加權平均值(Radial-Mixed或Mixed-Axial)。

圖 3 – 是否插補的泵揚程曲線比較
2.3增強CAPE-OPEN材料截取功能
只有當流體性質與實際系統中使用的流體性質相對應時,才能獲得準確的模擬結果。Simcenter Flomaster 2020.2引入了CAPE-OPEN接口(https://www.colan.org/),允許使用CAPE-OPEN流體材料屬性包創建流體。在Simcenter Flomaster 2021.1中,該功能進行了如下擴展:
  • 除2020.2版本創建液體和可壓縮流體功能外,2021.1版本添加了創建兩相流體功能。
  • 2020.2版本只有32位格式流體屬性包可以被調用,Simcenter Flomaster 2021.1中32位和64位格式的流體屬性包都可以被調用。

圖 4- CAPE-OPEN 流體屬性選取
2.4新增基于性能曲面的壓縮機元件
Simcenter Flomaster 2021.1新增了基于性能曲面的壓縮機元件。新元件為了替換現有壓縮機元件,在一些功能方面做了增強,具體如下:
1)參數輸入
  • 當指定參考條件時,可以選擇將進口和出口設置為總或靜態條件。可以直接將測試參數輸入到元件模型中,減少了測試參數預處理工作。提供了四個選項,滿足進口和出口所有組合需求。
  • 更新數據子表單,將所有參考數據分組到單個子表單中,數據只需要在單個位置輸入,減少丟失數據的可能性。


圖 5 – 壓縮機輸入數據項子表單

2)元件模型
  • 在現有的功率和轉速輸入信號的基礎上,添加了扭矩輸入控制信號
  • 能夠更好地處理喘振和失速情況
2.5非牛頓流體 - Casson 模型

在Simcenter Flomaster 2020.2中,對可模擬的不可壓縮流體類型進行了擴展,在常規流體基礎上定義非牛頓流體特性,而不必利用冪律模型在非牛頓管道元件上指定。在Simcenter Flomaster 2021.1中,該特性已被擴展以實現卡森模型,該模型可能更適合于模擬剪切稀化液體,該液體假定在零剪切速率下具有無限黏度。該模型需要設置液體的屈服應力。

2.6新增損失估算元件

在早期設計階段,管道幾何形狀和布局的詳細信息往往尚未定義或無法獲得,但需要對流量和相關壓力損失進行早期估算。為了簡化早期設計階段的建模,Simcenter Flomaster 2021.1引入了一種新的損失估算元件,使管道、彎頭和連接件損失可以在單個元件中建模。該元件可以指定以下元素:
  • 管道長度、直徑和粗糙度
  • 彎頭的數量和彎徑比
  • 連接件損失占管道損失的百分比
每個元素的損失將加在一起,構成總損失。
2.7增強零流量換熱功能
當流體在一個元件中速度接近零的時候,零流速換熱(ZFHT)功能允許軸向(通過液體)和徑向(通過管壁)方向上的傳熱,在Simcenter Flomaster 2021.1中,該能力得到擴展,現在能夠考慮保溫效果和管壁熱容。


3.用戶體驗


3.1增強圖形色顯功能—顯示流體類型和濃度
當系統中有多種流體,或者不同循環回路中流體類型不同時,了解那種流體類型在那個循環回路種,流體濃度是多少是至關重要的。本版本使用動態色顯功能和探針功能,可以在計算的過程中實時顯示任意元件的流體類型和濃度結果,當然該功能也可以用于后處理中。結果可以以圖像、視頻等形式輸出。


圖 6 -氮濃度結果顯示與氧氣濃度探針顯示

3.2增強結果展示面板功能- 通過元件ID創建數據
可以在Simcenter Flomaster中使用結果展示面板來顯示結果曲線圖,這些結果圖重新計算會自動保存,并對不同的結果集重新打開。為了響應用戶的反饋,增加了一種選擇結果的新模式,允許用戶選擇一個元件、元件接口或節點,然后從其中選擇感興趣參數的結果。新增功能為結果讀取默認選項。




圖 7 – 結果展示面板元件選取模式

用戶可以根據需要在兩種模式之間切換以提高效率,當需要來自單個元件的多個結果時,新模式最合適,而當要繪制多個元件的相同結果時,結果模式最合適。
3.3元件輸入項增強—直接添加編輯腳本
簡化Simcenter Flomaster元件中的腳本的工作流程,腳本可以直接從添加了它們的元件的數據輸入項創建和編輯。
要創建一個新的腳本,可以從控制器或儀表元件的腳本輸入項啟動腳本創建窗口,選擇“create”,添加一個新的腳本工作流程。該腳本可以通過從功能右鍵菜單中選擇“編輯腳本”或數據表單上的“E”按鈕來編輯。
3.4元件輸入項增強—直接添加編輯性能數據
Simcenter Flomaster 2021.1中除了能夠從元件輸入項直接編輯腳本外,還可以直接編輯軟件輸入項性能數據(曲線、曲面)。
當性能數據以這種方式編輯時,將詢問用戶是否想性能數據更新所有其他元件,還是僅僅是更新到當前使用的元件。
3.5增強模擬計算信息顯示功能
在Simcenter Flomaster 2020.2中引入的仿真計算消息顯示的基礎上,對模擬期間生成的警告和消息進行更加全面的展示。
消息現在分為警告和信息兩類:
  • 警告消息告知用戶可能與模擬結果有關的信息,并應予以重新評估。例如性能數據超出范圍或節點壓力低于蒸汽壓力
  • 信息消息告知用戶所選擇的模型選項或所做的數據選擇。例如,在元件模型或管道中選擇的熱模型上使用的性能數據
3.6新增保存文檔到光盤功能
新增文檔保存到光盤功能,從而能夠快速保存到光盤,而不需要先打開文檔。

當系統首選項中沒有指定文件類型的默認編輯器或需要與默認類型不同的編輯器時,這可以簡化編輯工作。
3.7更新的腳本編輯器
Simcenter Flomaster 2021.1引入了一個新的腳本編輯器,用于創建Controller腳本、Scripted N-Arm元件腳本和宏。提供了一個簡化的界面,專注于在Simcenter Flomaster中腳本的創建,包括:
  • 實時更新代碼中的錯誤,當鍵入代碼時給出早期的問題指示
  • 在保存腳本之前,顯示用于測試編譯的代碼,以幫助理解
  • 提供更多可讀的代碼 



圖 8 – 新腳本編輯器窗口

4.接口功能
4.1 FMU模塊

在將網絡模型導出FMU時,為了增強現有的導出功能,Simcenter Flomaster 2021.1引入了一個附加選項。該選項允許將系統網絡、相關數據和數據庫導出為兼容Windows和Linux平臺且為FMI接口標準2.0的FMU。將FMU導入到FMI主應用程序中,作為一個帶有嵌入式求解器的聯合仿真FMU運行,運行時不需要在運行FMU的機器上安裝Simcenter Flomaster。



上圖的導出工具利用了Flomaster 9.1中引入的FMI聯合仿真輸入輸出邊界源元件(包括一些輸入參數)輸出FMU模塊。該工具允許在設計的不同階段將相同的模型作為FMU輸出,用于聯合仿真或模型交換。
導出時用戶現在有以下可選項:
  • 耦合工具(僅限Windows) -在這種模式下,導出的FMU將運行安裝在同一臺機器上的Simcenter Flomaster軟件進行聯合仿真。只要輸入和輸出保持不變,此選項允許在導出后更改調用的Simcenter Flomaster模型。
  • 嵌入式求解器(Windows或Linux) -在這種模式下,導出的FMU將作為一個帶有嵌入式求解器的聯合仿真FMU導出。Simcenter Flomaster系統網絡(原理圖和輸入數據)將嵌入到FMU中,不能更改。要運行FMU,需要訪問Simcenter Flomaster求解器許可證。
4.2 新增管道儀表流程圖P&ID 導入功能
在許多行業,管道儀表工藝流程圖(P&ID)被用來描述過程設備、儀表、控制和相關的管道系統的互連形式示意圖。這些圖可以作為Simcenter Flomaster模型系統網絡基礎。在Simcenter Flomaster 2021.1中,可以使用Siemens NXTM P&ID Designer軟件和Siemens COMOS P&ID生成的導入文件創建帶有相關數據的模型系統網絡,允許自動生成模型系統,減少創建系統模型時間和潛在操作錯誤。


圖 9 - P&ID 導入建模功能

4.3 新增Simcenter Flomaster與 Simcenter 3D雙向耦合功能
該功能用于與SimcenterTM 3D軟件聯合仿真,實現Simcenter Flomaster中建模的流體系統和Simcenter 3D中建模的固體之間的耦合傳熱。為了實現聯合仿真,用戶需要將Simcenter 3D邊界源元件添加到Simcenter Flomaster系統網絡中,并與 “pipe run”元件聯合使用,實現管道換熱。然后將Simcenter Flomaster系統網絡導出到Simcenter 3D中,并在導入Simcenter 3D模型時映射為熱對流區。導出文件包含啟動Simcenter Flomaster和選擇聯合仿真模型所需的全部信息。
4.4 強化GIS文件導入功能
Simcenter Flomaster可以基于GIS文件創建系統網絡,Simcenter Flomaster2021.1做了以下改進:
  • 系統網絡的縮放功能得到改善,減少元件重疊繪制的可能性
  • 加快了導入速度
4.5 簡化FMU信號連接
當一個FMU被導入時,所有的連續輸入信號現在將被映射到一個可以接受多個控制器連接的單一端口。這有兩個影響:
  • 減少了原理圖上符號周圍多個信號的視覺干擾
  • 刪除了對45個連續輸入信號接口的限制,可以在以前的版本中進行映射
連接后,可以使用連接工具提示或在信號線上右擊菜單中看到信號類型。

圖 10 - FMU 輸入信號連接


5. Flomaster軟件架構調整
5.1 64 bit (包括64 bit FMU導入)
Simcenter Flomaster 2021.1將對產品架構進行調整,從當前的32位二進制改為64位二進制。
調整為64位二進制有幾個好處:首先消除了作為一個32位應用程序在處理大型結果集時造成的內存限制,其次可以方便的與其他64位的仿真工具進行連接。
另外,架構調整后允許導入64位二進制FMUs,為了導入基于源代碼的FMUs,需要安裝64位編譯器,編譯器現在可以在Simcenter Flomaster安裝包中選擇安裝。


6.算例系統
Simcenter Flomaster 2021.1 添加了三個新案例
6.1一維熱傳熱案例
此案例介紹了Simcenter Flomaster的一維傳熱(1DHT)技術,并展示1DHT模擬所涉及的主要元件。此案例包含三個基本系統網絡模型,并展示了1DHT元件使用方式,例如,兩個工質具有相反流動方向的管道之間的傳熱作用。
6.2化學品泄漏案例
此案例研究了由于苯和丙烷化學品管網系統泄漏情況下,緊急關閥造成的管網壓力波動、水動力和空化等現象。
6.3海水淡化系統案例
此案例演示了一個海水淡化工廠中用于去除海水中鹽的系統。通過在Simcenter Flomaster系統網絡中使用流體組分修改器元件,用戶可以根據需求更改模擬海水凈化過程中流體組分屬性。


7.Licensing
本版本使用Mentor Standard Licensing 2020_1_patch1。V 2020_1_patch1要求FLEXnet許可服務器運行版本為11.16.4及以上。如果使用浮動許可證,則需要相應地更新許可證服務器。


8.支持平臺要求
操作系統要求:
  • Windows 10 build 1809, 1909, 2004, 20H2 -x64 
  • Microsoft .NET 5.0 及以上
  • 5 GB 可用硬盤空間
  • 最小屏幕分辨率為1280 × 1024,其中正常字體大小、縮放設置為100%( DPI設置為96像素每英寸)。
數據庫版本要求:
  • Microsoft SQL Server 2019
  • Microsoft SQL Server 2017
  • Microsoft SQL Server 2016 SP1
  • Microsoft SQL Server 2014 SP2
Note:
不再支持將數據庫從Flomaster V7.9.4及以前的版本升級到Simcenter Flomaster 2021.1。


9.耦合軟件兼容版本
以下軟件版本與Simcenter Flomaster 2021.1兼容:
  • Simcenter FLOEFD 2020.2
  • Simcenter Motorsolve 2020.1, 2020.2, 2021.1.
  • Simcenter Amesim 17.0, 2019.1, 2019.2, 2020.1, 2020.2, 2021.1
  • NX – 1953 Series
  • COMOS – 10.3.3
  • Team Center for Simulation – Active Workspace 5.2, 5.3
  • Simcenter 3D – 2021.1

Simcenter Flomaster更多在線視頻:http://edu.yanfabu.com/course/explore/flomaster