Tillbaka

Nu behöver du inte vara specialist för att analysera värmeöverföring!

varme

Nu finns det en ny typ av program för CFD-analys ( parallell CFD-analys, Computational Fluid Dynamics) som visat sig vara mycket effektiv. Redan på ett tidigt stadie kan du som konstruktör fatta snabba beslut utan att ta hjälp av CFD-specialister. I programmet ges möjligheter att optimera produkten på ett tidigt stadie i konstruktionsarbetet vilket i sin tur bidrar till att snabbt minska kostnaderna inom områden för mekaniska konstruktioner och system.

Vad skiljer de tidigare analyserna mot parallell CDF-analys?

Tidigare kommersiella CFD-program har oftast varit avsedda för specialister, vilket begränsat användningen. Dessutom har programmen varit dyra att köpa in samt komplicerade och tidskrävande för användarna. Effekten har blivit att tekniska analyser av värmeöverföring utförs av specialister på analysavdelningar som är åtskilda från det huvudsakliga konstruktionsarbetet.

Färre fysiska prototyper – fler möjliga scenarier
Istället för att som tidigare kontrollera och testa sina konstruktioner på fysiska prototyper, får nu konstruktörerna tillgång ett komplett urval av flödesanalyser i SOLIDWORKS® lösning för 3D-konstruktion. SOLIDWORKS Flow Simulation är särskilt utvecklad för konstruktörer.
Istället för att utbilda eller anställa nya CFD-specialister, anlita externa analyskonsulter eller testa på dyra prototyper – kan nu konstruktörer, i alla typer av företag, använda sina befintliga kunskaper för att utföra värmeöverföringsanalyser i en välkänd 3D CAD-miljö. Vi uppmuntrar nu konstruktörerna att utforska betydligt fler möjliga scenarier för att finslipa sina konstruktioner. När CFD-analysen är integrerad i det vanliga arbetsflödet tar problemanalysen ungefär en tredjedel av den tid analysen tidigare tog med traditionella verktyg. Ett genombrott vad gäller konstruktionseffektivitet. Det ska tilläggas att det naturligtvis finns en del mycket komplicerade områden där en djupare kunskap inom CFD-analys krävs tex för finjusteringar med mesh , beräkningar och att hitta rätt lösningar.

KOMPLETT VÄRMEÖVERFÖRINGSANALYS I 3D CAD-MILJÖN!

SOLIDWORKS för maskinkonstruktion och SOLIDWORKS Flow Simulation CFD-program utgör en komplett miljö för värmeöverföringsutvärderingar då de tillsammans kombinerar samtliga analysfaser: från solidmodeller till problemidentifiering, beräkning, resultatvisualisering, konstruktionsoptimering och rapportering.
Enklare att se värmefördelningen genom alla delar av konstruktionen
Temperaturfördelningen kan analyseras i både fluida och solida delar av konstruktionen. Analyser av komplexa fysikaliska processer, t ex. värmeledning, värmekonvektion, konjugerad värmeöverföring mellan fluider, omgivande solida material, strålning och motståndsuppvärmning, med hjälp av ”vad händer om”-scenarier. Ändra och optimera konstruktionens geometri i 3D CAD verktyget, se bild 1, en visualisering av en oljekylare efter simulering i programmet.

varme1

Vanliga områden för temperaturanalys är värmeväxlare, kylning av formsprutningsdetaljer, sterilisering i livsmedelsindustrin, lasersystem, bromskonstruktioner och många andra. När det gäller värmeväxlare kan den termiska verkningsgraden studeras, men även tryckfallet kan förutsägas genom värmeväxlaren. Genom att kombinera de här parametrarna i en enda modell samt att programmet kan hantera alla värmetyper, blir det enklare och snabbare att skapa en bättre produkt.

VAD BEHÖVS FÖR ATT KUNNA GÖRA ANALYSER OCH SKAPA SCENARIER?

Kunskap om MCAD-systemet och produktens egenskaper behövs förstås, men efter att programmet installerats och rätt menyer och kommandon finns tillgängliga är det enkelt att komma igång. De flesta konstruktörer säger sig kunna använda SOLIDWORKS Flow Simulation efter mindre än en dags utbildning.
Utgångspunkten i analysen är att definiera de övergripande randvillkoren, i programmet finns en guide som underlättar arbetet för t ex. val av egenskaper för olika material. Befintliga 3D CAD modeller kan nyttjas utan att ytterligare data måste exporteras eller importeras, vilket sparar både tid och arbetsinsatser eftersom programmen är integrerade.
Med programmet skapas automatiskt modellens mesh, ( sk. beräkningsnät), tidigare var detta något som en CDF-specialist ofta tog fram men nu behöver ingen göra detta steg manuellt. En adaptiv mesh skapas i programmet och ger bättre simuleringsresultat, se bild 2

varme2

SÅ HÄR LÖSER DU KOMPLEXA UTMANINGAR INOM VÄRMEÖVERFÖRING!

För att fånga systemets eller konstruktionens komplexa geometri är det viktigt att skapa ett beräkningsnät, mesh, detta utgör grunden i alla CDF-analyser. Genom att i programmet visualisera vad som sker med en konstruktions värmeavledning på flera sätt, får du värdefull insikt och därmed ett bättre beslutsunderlag. Visualiseringsfunktionerna ger dig som användare möjlighet att undersöka konstruktionen mer detaljerat.
Ett sätt att undersöka temperaturen är att använda en genomskärningsskiss, som visar värmefördelningen i ett plan genom modellen, så som visas i bild 3.

varme3

En genomskärningsskiss av resultatet kan visas med valfria resultatparametrar och representationen kan skapas som en konturskiss, som isolinjer eller som vektorer. Den kan också skapas i valfri kombination, som hastighetsstorlek och hastighetsvektorer. Utöver genomskärningsskisser kan en ytskiss enkelt visas för valfri yta samt automatiskt för hela modellen.

Pröva – analysera – ändra och pröva igen – utan att behöva börja om från början
Att lösa värmefördelningsproblem är en iterativ process. Efter att ha sett det första analysresultatet vill de flesta konstruktörer ändra sina modeller för att utforska olika scenarier. Med SOLIDWORKS Flow Simulation är det enkelt att utföra dessa ”vad händer om”-analyser. Konstruktörerna kan utforska olika alternativ, identifiera konstruktionsfel och optimera produkten innan några detaljerade ritningar eller fysiska prototyper skapats. På så sätt kan de snabbt och enkelt avgöra vilka konstruktioner som har potential och vilka som inte har det.
För att undersöka olika alternativ kan flera kloner av solidmodellen skapas i SOLIDWORKS Flow Simulation, och dessa behåller automatiskt alla analysdata som exempelvis värmekällor och andra randvillkor. När konstruktören ändrar en solidmodell kan den analyseras omedelbart utan att randvillkor och materialegenskaper behöver tillämpas igen.

I traditionella CFD-program måste användarna ofta återskapa meshen efter varje geometrisk förändring. Det är ofta ett tidsödande manuellt arbete. Här skiljer sig SOLIDWORKS Flow Simulation då den ändrade geometrin direkt används för att skapa en ny mesh automatiskt och utan att de definierade randvillkoren behöver ändras. Därmed går det betydligt snabbare att utföra beräkningar och undersöka resultaten efter en geometriförändring. Programmet underlättar även vid parametrisk analys, till exempel om man behöver köra en analys flera gånger med olika ventilstorlekar för att hitta den optimala värmefördelningen. SOLIDWORKS Flow Simulation bidrar på dessa sätt till att den iterativa konstruktionsprocessen förkortas och ger konstruktörerna möjlighet att snabbt och lätt förbättra en konstruktion baserat på ny information från analyserna.

VILKA ÄR FÖRDELARNA MED PARALLELL CFD-ANALYS ?

Parallell CFD-analys är en banbrytande teknik som gör det möjligt för dig som konstruktör att i förväg genomföra flödesanalyser under produktens hela livscykel. Parallell CFD-analys, som använder det välbekanta 3D CAD-gränssnittet SOLIDWORKS, förkortar konstruktionstiden jämfört med traditionella metoder och produkter avsevärt och kan minska simuleringstiden med så mycket som 65–75 %. Du kan dessutom optimera produktprestanda, samtidigt som behovet av fysiska prototyper minskar och utvecklingskostnaderna hålls nere utan några negativa konsekvenser vad gäller tid eller material. Hur ser de olika CFD-analyserna ut och vad skiljer dem åt?

• Traditionell CFD analys

varme1av3

I traditionell CFD-analys exporteras modellens geometri först från CAD-systemet. Geometrin måste därefter återimporteras till användarens CFD-verktyg, meshas, lösas och resultaten efterbehandlas innan analysresultatet slutligen rapporteras tillbaka till konstruktörerna. Arbetet utförs vanligtvis av en analysgrupp med specialister, eller kontrakteras ut, och därför måste konstruktörerna förklara precis vad som behöver göras. När resultaten väl kommer har analysmodellen blivit inaktuell, eftersom konstruktörerna vid det här laget har gått vidare till andra arbetsuppgifter. Det betyder att resultaten kanske aldrig kommer till nytta.

• Öppen CDF analys

varme2av3

Öppen CFD-analys är ett försök att förbättra den här situationen genom att optimera gränssnittet mellan CAD- och CFD-verktygen. Även om det ger en mycket renare import av geometrin utförs analysen fortfarande utanför CAD-systemet. De många överföringarna mellan CAD- och CFD-programmen kan medföra en viss informationsförsämring.
Dessutom kräver båda dessa metoder att ett ”hålrum” som representerar flödesutrymmet skapas. De flesta traditionella CFD-verktyg för meshning måste ha en solid kropp att mesha och kan inte hantera tomrum. För komma runt den här begränsningen måste konstruktören skapa ett solitt objekt som representerar flödesutrymmet och sedan använda boolesk subtraktion för att ta bort den fingerade modellen från den omgivande soliden. Detta görs vanligen i CAD-systemet och detta inverterade flödesutrymme överförs sedan till CFD-systemet för meshning. Det är som synes en arbetskrävande process, som lätt kan leda till fel i både konstruktion och analys.

• Parallell CFD analys

varme3av3

Parallell CFD-analys fungerar helt annorlunda. Det är en 3D CAD-inbäddad CFD-analys och utförs i konstruktörens välbekanta MCAD-miljö. De konstruktionsändringar som behövs för att få önskad produktprestanda görs direkt på MCAD-modellen, och konstruktionen är därför alltid i fas med analysen. Det är mycket enkelt att förbereda en modell för analys med SOLIDWORKS Flow Simulation. Till skillnad från traditionella CFD-program, som kräver att användaren skapar ytterligare solida delar som representerar fluida (tomma) områden, kan SOLIDWORKS Flow Simulation automatiskt skilja på MCAD-geometrier för interna och externa flöden och skapa fluiddomänen automatiskt. Följaktligen kan ingenjörerna koncentrera sig på sina projekt i stället för att lägga tid på att skapa extra geometrier i CAD-systemet. På så sätt bevarar de sitt fokus, samtidigt som arbetet går både snabbare och smidigare.

ENKELRIKTAD FLUID-STRUKTUR-INTERAKTION MED SOLIDWORKS SIMULATION OCH SOLIDWORKS FLOW SIMULATION

Förståelse för interaktionen mellan deformerbara strukturer med omgivande fluidflöden (vilket kallas fluid-struktur-interaktion, FSI) är av avgörande betydelse vid konstruktion av många tekniska system. För att lyckas med att konstruera strukturer krävs en djupgående kunskap om konstruktionens termiska och mekaniska egenskaper så tidigt som möjligt under produktutvecklingsarbetet. Temperaturberoende materialegenskaper, temperaturgradienter och termiskt inducerad deformation är viktiga konstruktionsfrågor när det gäller att skapa en bra produkt.
Många driftfel och prestandaproblem beror på värmerelaterade problem. Värme kan faktiskt ha en direkt inverkan på mekaniska strukturer genom att den ger upphov till deformation och extra spänning.

Vid konstruktion av exempelvis värmeväxlare eller elektroniska komponenter måste temperaturförändringar övervägas i strukturanalysen, eftersom dessa påverkar strukturens prestanda. Den här metoden kallas värmespänningsanalys. Den avser statiska analyser som inkluderar temperaturens påverkan vad gäller värmespänning och värmeutvidgning.
Med SOLIDWORKS Simulation kan konstruktörer utföra värmespänningsanalyser för att avgöra hur komponenter och sammanställningar reagerar på olika krafter, tryck och temperaturer. Data kan även importeras från Thermal Fluid Flow-studier eller från SOLIDWORKS Flow Simulation för att köra multifysikanalyser. I det här fallet mappas temperaturfördelningen på modellens väggar automatiskt till den mekaniska modellen och en spänningsanalys utförs för att fastställa den resulterande värmespänningen och deformationen.
Den fullständiga integreringen av SOLIDWORKS Simulation och SOLIDWORKS Flow Simulation i SOLIDWORKS 3D CAD garanterar korrekta data eftersom översättning, omvandling och återskapande av data elimineras. Resultaten från värmespänningsanalysen tillämpas sömlöst på strukturanalysmodellen utan någon manipulation, vilket ger den högsta noggrannheten.

CFD-ANALYS FÖR ALLA PRODUKTINGENJÖRER

Termiska effekter i tekniska system bestäms ofta av en rad komplicerade fysikaliska processer som värmeledning, värmekonvektion, konjugerad värmeöverföring mellan fluider, omgivande solida material och strålning. Detta i kombination med komplexa verkliga geometrier gör behovet av korrekta CFD-analyser avgörande för att säkerställa produktens prestanda, något som kan vara mycket svårt att uppskatta eller beräkna för hand.

SOLIDWORKS Flow Simulation identifierar kritiska punkter, kvantifierar termisk verkningsgrad och säkerställer jämn värmefördelning för värmeöverföringsenheter, t.ex. ugnar och värmeväxlare, liksom för elektroniska kylningsmekanismer. Dessutom kan SOLIDWORKS Flow Simulation användas parallellt i produktutvecklingsarbetet, utan det besvär som bristfälliga geometrier och meshning med traditionella CFD-verktyg medför. Den parallella konstruktionsmetoden i SOLIDWORKS Flow Simulation, som nu funnits i 20 år, ger alla produktingenjörer möjlighet att utvärdera hur deras konstruktioner kommer att fungera i verkligheten, och tack vare möjligheten att analysera under arbetets gång kan de fatta viktiga beslut med tillförsikt.

ENKEL OCH SMIDIG HANTERING AV INFORMATION OCH KOMMUNIKATION

• SOLIDWORKS Flow Simulation, helt integrerat med Microsoft® Word® och Excel®
• Automatisk generering av sammanställningar av analysresultatet, i excel
• Anpassade rapporter, med randvillkor, materialegenskaper, mesh definitioner och resultatplottar, i word
• Förenklade rapportering underlättar arbetet i projektet
• Förenklar för arkivering i datahanteringssystemet
• Via 3D eDrawings , kan resultaten enkelt förmedlas till kollegor som på valfri enhet kan granska analyser och resultat.

LÄS OM HUR ANDRA FÖRETAG ARBETAR MED ANALYS AV VÄRMEÖVERFÖRING!

Med hjälp av simuleringar kan du fokusera mer på produktens prestanda och funktion när många andra moment förenklas och effektiviseras i arbetsprocessen. Klicka här för att läsa mer om hur två olika företag gjort för att hinna med korta tidsfrister, uppnå högre kvalitet och samtidigt hålla kostnaderna nere.

Läs om Polyrack Tech-Group, ett tyskt företag som är ledande leverantör av integrerade lösningar för elektronikbranschen.

Läs om ioSafe. Inc, tillverkar säkra skåp för datalagring. Dessa skåp ska tålas att dränkas, brännas och skakas om….

VALIDERING OCH KONTROLL

SOLIDWORKS Flow Simulation innehåller robusta kontrollfunktioner för att validera konstruktioner. Innan en ny version av SOLIDWORKS Flow Simulation lanseras genomgår den 300 tester på avdelningen för forskning och utveckling. Tack vare denna omfattande kontroll kan SOLIDWORKS Flow Simulation erbjuda användare 26 fallstudier som kan användas direkt.

[contact-form-7 id=”1358″ title=”CTA-bloggpost”]

Dela

Håll dig uppdaterad

Håll dig uppdaterad inom CAD, CAM, CAE samt PLM.

Prenumerera på nyhetsbrev