CADFlo – отечественный программный продукт для гидродинамики, теплопередачи, прочности и низкочастотного электромагнетизма
CADFlo – результат развития популярных импортных продуктов FloWorks, Flow Simulation, FloEFD, перенесённый на отечественную почву с продолжением развития. На сегодняшний момент (весна 2025 года) он получил ряд новых функций, некоторые из которых рассмотрены в статье.
Важным направлением развития стала интеграция расчётного модуля в наиболее популярные отечественные CAD системы: КОМПАС-3D и T-Flex CAD. Сохраняется единство интерфейса между привычным для пользователей в SOLIDWORKS и свежими версиями в других системах проектирования. Расчётные модели, имеющиеся во Flow Simulation, могут быть прочитаны и далее свободно редактируются в среде CADFlo.
Плёночное испарение, конденсация и сорбция
Новый (относительно Flow Simulation) функционал даёт возможность решать задачи с эффектами:
- испарения с поверхности и конденсации на поверхности.
- при включении гравитации можно учесть движение конденсатной плёнки.
- совмещения условия конденсации с моделированием сорбции.
Модель плёнки является единой с точки зрения теплового расчёта и аэродинамики, тем самым обеспечивается более достоверный анализ состояния текучей среды. Это даёт возможность уточнённого расчёта параметров комфортности в жилых пространствах.
Силы поверхностного натяжения не учитываются, поэтому предполагается, что вода образует сплошную плёнку на заданных поверхностях.
На иллюстрациях приводится расчётная модель помещения бассейна (модель заказчика), в которой функционал плёнки используется для расчёта испарения с зеркала воды. Ранее такие задачи решались через принудительное назначение объёмного расхода воздуха со 100% влажностью. Величина расхода испаряемого воздуха назначалась исходя из эмпирических или теоретических данных. Тем самым вносилась двойная погрешность: в аэродинамике и в физике испарения.
Оценивается возможность конденсации на более холодных поверхностях, например, на окнах. Результаты оценки комфортности, полученные с учётом нового функционала, приводятся на иллюстрациях.
По происхождению геометрическая модель изначально создавалась в SOLIDWORKS, затем через нейтральный формат была перенесена в КОМПАС-3D, где подверглась редактированию. Проблем с геометрией не возникло. Расчёт выполнялся в CADFlo для Компаса.
В данном случае функционал расчётного модуля позволяет на компьютере с «бытовыми» характеристиками работать с нестационарной моделью помещения, в котором система вентиляции выполнена с точностью до воздуховодов.
С целью получения более выразительных картинок с результатами, температура на окнах была снижена относительно реальной, что позволило получить отчётливые иллюстрации по выпадению конденсата. «Попутно» объём помещения анализируется с точки зрения комфортности пребывания человека (это вполне традиционный, но нечасто используемый функционал) с выделением зон максимального комфорта и неудобных для длительного пребывания.
Инженерный расчёт светотехнических характеристик
Особенности моделей излучения, в частности с трассировкой лучей (метод Монте-Карло), введённая именно в CADFlo, позволяют решать актуальные задачи светотехники, связанные с расчётом освещённости и силы света. Этого достаточно первичного анализа объектов бытовой, промышленной, автомобильной светотехники. Лёгкость модификации геометрической модели с учётом сохранения связи между формой и оптическими характеристиками позволяют ускорить этап проектирования.
Новый функционал позволяет:
- воспроизводить диффузные и направленные источники света с учётом диаграммы направленности;
- учитывать спектральные характеристики источников и материалов;
- рассчитывать распространение лучей с учётом преломления, объёмного поглощения, поверхностного отражения и рассеяния;
- визуализировать распределение освещённости на поверхностях произвольной формы;
- получать распределение силы света в виде кривых для произвольных сечений фотометрического тела с импортом в формате ies и в Excel.
Светотехническая модель является единой с точки зрения теплового расчёта и аэродинамики, тем самым обеспечивается последовательная процедура моделирования при разработке оптических и светотехнических изделий: светотехника, прочность, тепло.
На иллюстрациях приводится расчётная геометрическая модель автомобильного фонаря заднего хода (предоставлена ПАО «ОСВАР») и результаты расчёта в виде трассировки лучей с визуализацией энергии луча, освещённости экрана и кривых силы света (последние формируются на основе файлов .ies в сторонних программах). В модели учитываются характерные особенности светотехнических моделей в быту и промышленности:
- источники света (в данном случае светодиоды с заданной пользователем направленностью);
- анализируемое изделие, содержит светодиоды, отражатель и рассеиватель;
- рассеиватель изготовлен из прозрачного материала, который может поглощать и рассеивать свет в объёме;
- отражатель может поглощать свет, отражать его зеркально и рассеивать в соответствии с выбранным законом;
- объекты, для которых рассчитывается освещённость.
В заключение к описанию примера упомянем, что модуль светотехнического анализа CADFlo претендует на заполнение ниши, освободившейся после ухода наиболее известной программы светотехнического анализа в среде CAD систем: OPTISWorks/SPEOS for SOLIDWORKS и менее популярных: TracePro и LightTools. Оставшиеся светотехнические программы в большей степени ориентированы на архитектурно-строительные и дизайнерские приложения. Для задач светотехники в машиностроении и приборостроении они не всегда оптимальны по функционалу, а также требуют времени на освоение; официальные лицензии отсутствуют. Здесь нужно подчеркнуть, что мы говорим именно про светотехнический, но не оптический анализ и проектирование изобразительной оптики.
Горение газовых и газокапельных смесей, пожаротушение
CADFlo – отечественный программный продукт, развитие Flow Simulation (FloEFD), интегрированный в КОМПАС-3D, T-Flex, SOLIDWORKS, Solid Edge, NX.
Новый (относительно Flow Simulation) функционал даёт возможность решать задачи с эффектами:
- горения газовых смесей;
- газокапельного горения, в котором движение дисперсной фазы рассматривается с её обратным влиянием на основной поток, учитываются эффекты испарения и конденсации.
- учёта двустороннего теплообмена между сущностями: газ-газ; газ-поверхность; поверхность-газ;
- газы в процессе горения могут принимать участие в двустороннем теплообмене через излучение с твёрдыми телами;
- нестационарности процесса;
- возможности добавления в горючую смесь химических добавок (ингибиторов – фреонов), замедляющих и прекращающих процесс горения для моделирования процесса пожаротушения. В отличие от ингибирования процесс тушения водой происходит за счёт поглощения тепла вследствие испарения воды.
На иллюстрациях приводится расчётная модель горелки бытовой газовой плиты (предоставлена сторонней фирмой), в которой рассчитывается распространение фронта пламени при поджиге от запальника. Расчёт моделирует перемешивание метана с воздухом (расходы и соотношение компонентов устанавливается автоматически на основе информации о давлениях и геометрии на входах), прохождение смеси через полость горелки с вытеснением воздуха, поджиг от запальника и распространение пламени, движение продуктов сгорания, обусловленное конвекцией.
Расчёт на прочность методом конечных элементов
В расчётную систему строен метод конечных элементов. В базе используются шестигранники, автоматически, как частный случай, генерируются пирамиды, призмы и тетраэдры. Поле перемещений линейное, для уточнения состояния тонких стенок введена коррекция жёсткости. Материалы линейные изотропные и ортогонально-ортотропные. Присутствуют традиционные закрепления, а также многоточечные связи и преднатяг болтов, контакты со скольжением и выходом из контакта. Типы анализа: статика; собственные частоты; линейная устойчивость. Решатели: прямой и итерационный.
Для анализа печатных плат с большим числом структурных элементов и слоёв введена модель гомогенизации: приведения к однородной структуре по фрагментам с точностью, назначаемой пользователем.
Основным преимуществом модуля прочности является его объединение с функционалом теплового и аэродинамического анализа с передачей информации без каких-либо усилий со стороны пользователя, как принято говорить – бесшовная интеграция. На данном этапе она односторонняя: из гидродинамики в прочность.
Для прикладных задач важно, что модель тепловая (гидродинамическая) и модель прочностная могут отличаться по составу деталей (тел) – за соблюдение физического смысла отвечает пользователь.
Характерный пример рассматривается здесь: теплогенератор, в котором происходит горение газовой смеси с учётом излучения в продуктах сгорания; присутствуют два контура: газовый и жидкостный; происходит теплообмен с окружающей средой через коэффициент теплоотдачи. Фиксация конструкции моделирует скользящие опоры. Внешний контур с теплоносителем исключен из прочностного анализа. На первом этапе решается задача течения с горением, на втором – выполняется расчёт прочности с учётом силы тяжести и температурного поля.
Расчёты выполнялись в SOLIDWORKS и КОМПАС-3D на модели, взятой из нейтрального формата, с редактированием в соответствующей CAD системе.
Дополнение
Были разобраны только некоторые из функций, отличающие CADFlo от привычного для пользователей Flow Simulation. Наиболее важными являются:
- низкочастотный электромагнитный анализ с взаимодействием с тепловым анализом;
- сорбция;
- пожаротушение;
- модель светодиода;
- гиперзвуковое течение;
- лучистый теплообмен космического аппарата на орбите;
- инфракрасная видимость;
- частицы с фазовым переходом и обратным влиянием.
Заключение
На момент ухода западных компаний – разработчиков и поставщиков инженерного программного обеспечения, Flow Simulation стал, вероятно, наиболее популярным инструментом CFD моделирования в среде практикующих инженеров, выполняющих расчёты в процессе проектирования, а также занял подобающее место в среде «профессионалов». Переход к другим программам, несмотря на идеологическую и внешнюю схожесть, требует значительного времени и, для определённого круга задач, например, электроники и теплотехники, приводит к снижению эффективности использования персонала и вычислительных ресурсов. То, что идеология и приёмы работы CADFlo унаследованы в российском программном продукте при качественном расширении функционала, является хорошей новостью для всех его пользователей и поклонников.
Если вы хотите узнать подробнее, напишите нам на info@dipro.ru или оставьте заявку в форме ниже.
Связаться с нами можно:
Санкт-Петербург: +7 (812) 309-91-20
Москва: +7 (495) 481-40-01
