Simcenter FloEFD

FloEFD – 偕同式熱流模擬解決方案

概述

FloEFD是一套泛用型計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）分析軟體，嵌入Solid Edge等主要CAD系統，可模擬流體流動和熱傳遞現象，廣泛應用於空氣動力學、電子冷卻、動力傳動、渦輪增壓、照明、電力、液壓設備、熱交換器等領域。與其他CFD工具不同，傳統數值方法在FloEFD中透過獨特的分析經驗模型進行擴充，更易於使用（無需CFD專家），因此FloEFD能以更高的準確度更快速地提供答案。FloEFD可以在不同的設計階段使用，特別對於CAD設計工程師在產品設計初期的概念設計階段最具效益。

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核心價值

容易使用

以設計為中心的模擬工具，為設計和分析提供單一CAD嵌入式環境，從而使CFD分析容易使用。

快速

智能化技術和自動化有助於將復雜幾何體的總體模擬時間縮短75％，從而能夠快速探索設計方案並驗證結果。

準確

許多工程人員使用FloEFD來解決包括汽車、航太、製造和電子等眾多行業的實際工程問題。

使CFD普及化

將熱流分析程式嵌入到CAD作業環境，使大多數工程師及設計者能夠運用於產品設計，不再只有少數CFD專業人士使用。

分析項目

1. 內部流與外部流
2. 穩態分析與暫態分析
3. 可壓縮流與不可壓縮流
4. 自然對流、強制對流與混合對流環境
5. 熱輻射分析與太陽輻射
6. 考量表面粗糙度之邊界層效應
7. 層流與紊流包含過渡區
8. 多相流分析
9. 相變化分析
10. 流體、固體與多孔材料熱傳現象
11. 非等向性熱傳材料分析
12. 非牛頓流體
13. 粒子流模擬
14. 相對溼度
15. 旋轉機械
16. 自由液面
17. 焦耳熱
18. 燃燒與化學反應

關鍵優勢

關鍵優勢一：嵌入CAD系統

1. 直接使用 MCAD 軟體的模型檔。
2. 自動判別流體及固體區域。
3. 無須進行 CAD 圖檔匯出及匯入動作。

優點：

• 沒有 CAD 轉檔，就無須處理因為轉檔導致的破面問題。
• 沒有定義流體及固體區域的困擾。
• 機構設計及 CFD 模型同步處理。
• 減少重新建模的時間及可能發生的錯誤。

關鍵優勢二：快速自動化沉浸邊界笛卡爾網格劃分

1. 自動對流體與固體區域劃分網格。
2. 依物理特性與外型特徵進行網格加密。
3. 使用者亦可利用參數控制網格的生成。

優點：

• 無須花太多時間手動網格生成。
• 無須高深的 CFD 理論基礎即可以生成高品質網格。
• 減少運算時間並可獲得精確分析結果。

關鍵優勢三：專為工程師設計直觀易用的介面

1. 容易使用的的導覽精靈，引導使用者模型設定。
2. 廣泛的結果分析及後處理功能。
3. 可輸出 Microsoft Office 格式的結果報告。

優點：

• 無須 CFD 專家進行參數設定。
• 縮短模型設定時間。
• 報告文件自動生成。

關鍵優勢四：獨特過渡紊流k-ε模型

1. 自動層流到紊流CFD建模與通用，網格獨立修改2方程壁功能
2. 層流、過渡和紊流狀態自動確定，不需指定流量特性(流動模式)，即可在同一模型模擬出由層流 → 漸變流 → 紊流的現象。

優點：

• 無須 CFD 專家進行參數設定。
• 相較於傳統 CFD 軟體處理方式，FloEFD的設定時間更短且計算結果更精確。

關鍵優勢五：唯一雙尺度壁面函數修正邊界層效應

1. 接近壁面的網格採用Smart cells技術定義。
2. 修正邊界層效應的模擬。
3. 精確捕捉流體流動和傳熱遞的邊界層物理現象。
4. 濃度邊界層現象模擬。

優點：

• 包括靠近壁面的邊界層效應均能精確模擬。
• 無須 CFD 專家進行邊界層參數設定。
• 減少傳統CFD方法，靠近壁面的試驗和錯誤設定。

關鍵優勢六：內建自動求解收斂控制

1. 穩健的收斂行為；
2. 可針對模型選取點、面、體、計算域中的任何變數做收斂控制；
3. 使用者可定義代表性的方程式做收斂控制。
4. 第一次運算即可收斂，沒有額外的數值發散。

優點：

• 減少因為計算不收斂而必須重新計算的次數。
• 短時間運算可以評估多種不同的設計方案。
• 消除 CFD 專家困擾的計算不收斂的問題。

關鍵優勢七：多變量“實驗設計”分析

1. 採用『what-if』的設計概念，直接利用參數對模型進行最佳化設計。
2. 最佳化模型可以直接被CAD採用。
3. 使用批次求解，大幅減少計算時間。
4. 透過參數化分析介面變更參數，比較結果。
5. 修改設計，自動重新生成網格並求解。

優點：

• 產品設計初期階段即可進行優化設計。
• 可讓 CFD 專家專注在關鍵問題研究上。

其他優勢：輻射功能齊全

輻射模組包含：

1. Discrete Transfer(離散傳輸) ；
2. Discrete Ordinate(離散座標)——業界最常使用；
3. Monte Carlo(蒙地卡羅)——計算最準確，具學術研究價值；
4. 可計算太陽輻射(包含太陽輻射資料庫)；
5. 與波長相關之各輻射性質(吸收率 & 放射率 & 折射率)；

上述Discrete Ordinate(離散座標) & Monte Carlo(蒙地卡羅)模組可以準確計算透明 & 半透明物體之反射(reflection)、吸收(absorption)、折射(refraction)等輻射效應。

其他優勢：無平行處理的費用

不同於其他熱流軟體需要支付昂貴可觀的平行處理費用，FloEFD可在單一電腦上使用所有核心進行平行處理求解計算，無須支付額外費用。

FloEFD vs. 傳統CFD

FloEFD是一個經過驗證的偕同CFD解決方案，已累積過20年的開發時程及成功案例，特別是在許多大型航空、汽機車及其周邊零組件領域有豐富的導入經驗。透過數值近似以及六面體正交自動智能化網格，提供一個內嵌於CAD內的偕同CFD軟體。相較於耗時的傳統CFD軟體，能夠提升2到40倍的工程效率。偕同CFD有助於縮短產品上市時間和降低設計成本，加上強大的設計創新功能，適合設計者及專業分析人員於產品設計週期前期使用。

應用產業

1. 航太科技 & 國防。
2. 車輛 & 車用零件。
3. 電子 & 周邊零組件。
4. 建築 & 廠房通風。
5. 製造 & 設備業。
6. 照明 & 生活家用。

選購模組

電子散熱模組(Electronic Cooling Module)

1. 熱管等效模型:
2. 雙向熱阻元件(設定Rjc & Rjb)。
3. 電路板生成(PCB Generator給定各層銅箔覆蓋率，計算出電路板法向 & 平面等效熱傳導率)。
4. 致冷晶片模擬。
5. 計算焦耳熱效應。
6. 擴充工程資料庫:
   • 超過1000筆風扇資料。
   • IC Package資料庫。
   • 致冷晶片資料庫；
   • 介面材料(Contact Interface Material)資料庫。
   • 雙熱組資料庫。
   • 固體材質包含合金 & 陶瓷 & 金屬 & 聚合物 & 複合材料 & 玻璃礦物 & 半導體等；

LED模組(LED Module)

1. 匯入 T3Ster 及 TeraLED 測試數據，提供 2R 及 RC resistance network compact model，使用者輸入電流資料，便可計算 Heat Dissipation 及 Luminous Flux。
2. 輻射模組Discrete Ordinate(離散座標)；
3. 輻射模組Monte Carlo(蒙地卡羅)；
4. LED材質庫；
5. 水膜功能(Water Film)可模擬霧氣生成 & 霧氣消散；
6. 可分析塑膠材料的吸水過程(Sorption)；

暖通空調模組(HVAC Module)

1. 專為建築通風分析的客戶所開發，能輸出熱舒適性分析參數；
2. 輻射模組Discrete Ordinate(離散座標)；
3. 暖通空調專用資料庫；
4. Tracer Study汙染物濃度擴散分析；

進階應用模組(Advanced Module)

1. 超音速流。
2. 極音速流。
3. 燃燒反應。
4. 化學反應。
5. 質傳分析。
6. 蒸發與凝結二相分析。
7. 水膜功能(Water Film)可模擬霧氣生成 & 霧氣消散；
8. 可分析塑膠材料的吸水過程(Sorption)；

電路模組(FloEDA Bridge Module)

1. 讀取各種電路layout軟體檔案，如Expedition CC or CCE file、IDF 、ODB++；
2. 熱組網路(Network Assembly)可以設定Delphi熱組模型，分析更準確。
3. 支援 Solid Edge，SolidWroks，Creo，NX，Catia V5。
4. PCB模擬級別
   • Compact — 整塊電路板視為一零件；
   • Detailed — 每一銅層根據鋪銅率算出其傳導率；
   • Explicit — 擷取真實銅層幾何分析；
5. 細部銅層(Explicit Copper)
6. IC Modelling
   • Simple — 晶片視為單一發熱實體；
   • 2-Resistor — 晶片可設定雙向熱組Rjc & Rjb；
   • Delphi — 晶片可設定Delphi熱組網路；

行業應用

壓降	– 裝置流量係數判定。 擠出流程優化。 噴射馬達尺寸。 泵效率。 風扇曲線判定。 HVAC管道尺寸/放置。 飛機ECS(Environmental control system，環境控制系統)設計

 

熱傳遞	電子冷卻 熱交換器效率 注塑設備冷卻 擋風玻璃除冰 輻射照明 發動機冷卻 油冷卻器設計 電子冷卻 熱交換器效率 注塑設備冷卻 擋風玻璃除冰 輻射照明 發動機冷卻 油冷卻器設計

 

混合過程	空調管道設計 噴嘴設計 進氣歧管（EGR追踪，Exhaust Gas Recirculation廢氣再循環） HVAC – 污染物濃度，排放物追蹤，煙霧擴散

 

流場	空氣動力性能試驗 空蝕預測 氣動噪音最佳化 進氣歧管和排氣歧管設計 汽車發動機缸內流場預測

 

受力預測	空氣動力係數 閥門作用力 表面摩擦力 建築物、橋樑上的風荷載 用於應力分析的流動負載 扭矩預測

 

照明	散熱器設計最佳化 符合散熱元件限制 預測溫度分佈 熱傳最佳化 流體流動最佳化 材料選擇熱傳最佳化 流體流動最佳化 材料選擇

 

自由液面	油箱晃動 液體填充 / 洩漏 水壩溢流 液滴 噴流 波浪運動 湧泉擴散