第一章、FLOW-3D

簡介FLOW-3D?v9.312024/5/6公司簡介FLOW-3D

?應用范圍FLOW-3D?的優勢FLOW-3D?V9.3新功能的簡介22024/5/6FlowScience開發，行銷以及提供FLOW-3D（計算流體力學）軟件的技術支持。提供專業的計算流體力學（ComputationalFluidDynamics）工程技術服務以及客制化解決方案。32024/5/6FLOW-3D?FLOW-3D是一套綜合性，多用途的計算流體力學軟件，可以廣泛的應用于各種流體流動以及熱傳問題的求解上。42024/5/6公司歷史1980年，由Dr.C.W.Hirt創立的FlowScience，于美國新墨西哥州Alamos成立，其目標是提供一套計算精確的CFD（計算流體力學）軟件。

1985年，FLOW-3D?

商業版正式釋出。其特有的VOF（VolumeofFluid）計算技術，能夠提供極為真實且詳盡的自由液面（Freesurface）流場信息，在產品開發上可作為非常重要且可靠的參考依據。

由于其精確而穩定的特性，20多年來，FLOW-3D?

已受到如美國火箭實驗室、海軍、英國水利署、利物普大學、通用汽車及HP…等等許多重要研究單位與國際大廠的肯定。52024/5/6FLOW-3D?

的應用范圍MetalCasting鑄造（包括壓鑄、重力鑄造等）Coating噴涂MicroFluid微流體water&environmentalengineering水利水電工程Marine船舶Welding焊接62024/5/6FLOW-3D?

的應用范圍OffShorePlatform近海平臺InkJets噴墨Valve閥門等流體控制MultiphaseFluid多相流ConsumerProduct消費品Aerospace航空航天72024/5/6仿真求解的優勢在電腦的計算求解下，設計人員可測試多項工程上之設計變更以及得到合適的結果。測試設計方案以及事前找出設計缺陷。比較多種設計方案之優劣。減少水工模型制作所需要花費的時間及金錢。82024/5/6FLOW-3D?

的優點自由液面（freesurface）仿真之高精確度。在FAVORTM與Multi-Block網格建立的技術下，可快速完成方案設定。強大的物理模型仿真能力。

完整的技術支持資料（包含各類方程式以及設定項目）。92024/5/6鑄造領域的應用GravityPourLostFoam鑄造領域應用:

重力鑄造GravityCasting

高壓鑄造HighPressureDieCasting

低壓鑄造LowPressureCasting

傾斜鑄造TiltPour

擠壓鑄造SqueezeCasting

連續鑄造ContinuousCasting

離心鑄造CentrifugalCasting

熔模鑄造InvestmentCasting

半固態金屬制程Semi-solidMetalProcessing

觸變鑄造ThixocastingTiltPourCentrifugalSqueezeCasting102024/5/6FLOW-3D

操作注意事項分析前，將分析圖檔（*.stl）以及分析檔（Prepin.*）放置在同一路徑下。路徑名稱必須為英文或是數字。分析檔案可能相當大（數GB~數十GB），請先確認硬盤空間足夠。分析網格數量與內存大小有關，請先確認內存足夠（建議最小內存=2GB）。112024/5/6VOF（VolumeofFluid）1975年，Dr.Hirt&Dr.Nichols發表VOF技術1.定義流體的液面動作狀態

2.追蹤流體液面流動時的變化

3.定義流體流動時的邊界條件設定所有的CFD軟件，關于自由液面的定義，均Follow此一準則。122024/5/6FAVOR?利用FAVOR技術，使曲面造型的Model也能夠順利的以矩形網格加以描述，使分析模型不會失真。STL圖檔FLOW-3D

網格圖檔132024/5/6FAVOR對網格數量的影響FLOW-3D采用FAVOR技術，因此同樣的幾何造型（如下圖），FAVOR僅需三個網格就可以描述得很精確，但是傳統的FDM技術必須以較多的網格數量才能夠達到相同的要求。FAVOR傳統的FDM142024/5/6新功能簡介全新的操作管理方式Navigator模擬設定全新的restart邏輯計算加強模型設定后處理功能更新能夠直接以載入

STL圖檔（顯示幾何），包括了GMO功能自動更新功能求解器執行過程中可以隨意調整計算采用的數值方式新的物理模型:thermallyactivemoldvolume

deformingmembranesandwallstwocomponent,vapor/gasphasechange更多的應用方式-指定結果輸出加強數值模型的穩定度計算152024/5/6Navigatorsimulationsworkspacessimulation傳統的prepin檔內設定的名稱(project)workspace–全新的管理方式，以下為功能介紹workspace可以是:同一專案內，不同的設定不同的設計專案傳統與restart的模擬Navigator讓使用者能夠在單一操作畫面下，進行多個不同專案的設定。模擬順序可以由使用者指定162024/5/6RunningSimulationsinNavigator執行完成執行中排序中Simulationscenarios:-執行單一的simulation-依序執行workspace內的所有simulation-依序執行

portfolio

內的所有simulation-執行『已選擇』的simulation（如果token的數量足夠，可以同時執行多個模擬）172024/5/6RuntimeInteractionwithSolver:ChangingNumericalOptions182024/5/6目的:

執行分析的過程中，可以嘗試不同的數值方法，測試何種數值方法方式能夠更快，更精確的得到結果。

調整原始設定,例如：重新設定分析的結束時間

所有的資料會在mentortips

內進行反應.功能:

所有在Numericstab內的數值選項，都可以在執行過成中隨時調整。不需要把整個執行中斷再重新設定;

在執行任何分析前，可以先設定restartdata

–為了安全起見;

設定過程中與時間（time）相關的選項可以重新設定;

新的設定可以存入simulation的

prepin

檔;

分析過程中，如果覺得更改的設定不算好，可以隨時切換成原始設定;

所有的變更調整都自動紀錄在log檔中.RuntimeInteractionwithSolver:ChangingNumericalOptions192024/5/6執行

Restarts主要變更部份:傳統的restart設定方式：檔名更改

prepinr.*

新的restart設定方式：檔名改以prepin.*更名;新的設定方法，只需要在執行restart前指定

flsgrf

，不需要再以更名為prepinr.*的方式進行計算設定.新的設定方式讓設計人員能夠更有彈性的操作軟件

從同一個

flsgrf檔案執行restart:

多順序的restart設定方式:RestartdatasourcefileflsgrfRestartsimulation#1Restartsimulation#2Restartsimulation#3simulation#1simulation#2simulation#3…202024/5/6設定

RestartNavigator讓使用者可以簡單的建立restartsimulation212024/5/6定義重新啟動flsgrf文件源從列表中選擇重新啟動時間RestartSimulation

細項設定使用者可以用瀏覽的方式檢視希望繼續分析的時間。Restart的source(flsgrf.dat)不需要一定與設定檔在同一個文件夾內。如果執行時restartsource檔案存在，程式會自動列出使用者可以選擇restart執行的時間點。222024/5/6開發動機: UnstructuredMemoryAllocation(UMA)能夠大幅增加鑄造模擬時充型的執行效率，但是以UMA計算時無法同步計算模具的溫度變化影響。然而:

充型過程中，熔融金屬對模具熱影響實際上僅有模穴周邊的固定距離，熱傳計算時不需要計算整個模具的溫度變化。9.3

版中，使用者可以設定熱傳邊界的『厚度』。一旦設定厚度，熱傳計算僅會在該段距離內加以計算。如此可以以較高效率但是仍然保有計算精度。

模具內沒有計算的部份，程序會自動以

adiabaticboundarycondition

加以替換。AluminumflowoverH-13steel,time=100ms,ThermallyActiveMoldVolumemetaltemperaturedietemperaturecmcm232024/5/6Solutionforone-dimensionalheatflowintosemi-infinitemediumfromCasting:AnAnalyticalApproach,Reikher,Barkhudarov,Springer2007.3mm180ms0.00312mm30ssandcastingdiecasting使用者僅需簡單設定每個物件thermallayer的厚度程式僅會在指定的厚度內計算熱傳性質如果未設定厚度，預設的計算方法與傳統全模穴熱傳計算的方式相同。估算

HeatPenetrationDepth242024/5/6Tiltpour,fillingtime20seconds

（傾斜鑄造，充型時間為20秒）:totalinitialcellcount:2.2millioncellswith40mmthermalshell:930kactivecells=740kinmold+185kinmetalNote:Theinactivepartofthemoldisnotshownherejusttoillustratetheeffectofdeactivatingcells.HeatPenetrationDepth:ExamplesDiecasting,fillingtime56msec

（壓鑄,充型時間0.056sec）fulldievolume:4millionactivecellsCPUtime:26hours5mmthickthermally-activedievolume:652,000activecells,354,000(open)+284,000(die)CPUtime:10hours252024/5/6distancetravelle