資料介紹

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語言：英語
網址：http://www.flowmaster.com/index.html
類別：流體仿真

Flowmaster是當今全球最為著名的熱流體系統仿真分析平台，以其高效的計算效率，精確的求解能力、便捷快速的建模方式而被許多全球著名的研究院所采用。Flowmaster是英國FML公司的產品，開發Flowmaster的想法來自英國流體力學研究協會的一個關於能源電力的研究項目，此協會在全世界的流體系統研究領域享有很高的聲譽。目前該公司不但提供領先的一維流體系統仿真軟件Flowmaster，同時也向客戶提供技術咨詢，技術合作等服務。到目前為止，已有1000多家公司購買了Flowmaster，共2000多個使用許可，用戶遍布世界上40個國家和地區。 Flowmaster已經通過了ISO9001認證。

Flowmaster的最新版本V7，秉承了舊版本的一貫特點，同時強調多用戶環境下的協同性及平台的開放性，非常適合企業級的多用戶仿真分析平台的構建。

強大的協調工作與數據管理能力

Flowmaster V7的全部數據庫采用微軟的SQL Server（關系數據庫管理器）進行管理，如圖所示。用戶只要安裝了v7就可以使用其內置的SQL Server。和6.5版本自帶的數據庫管理器相比，v7所使用的數據庫管理工具更為專業和強大，也更為開放。

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Flowmaster V7的SQL Server數據庫

流程化的平台界面

Flowmaster V7的操作界面采用了美觀且標准化的windows平台軟件風格，如圖所示，軟件的操作界面的布局和主流的CAE、CAD軟件相似，整個操作界面分為三個主要部分：工具欄（左）、建模區域（中）及分析後處理區域（右），構成了一個人性化的從左至右的工作流程。設計分析人員首先在左邊的工具欄新建一個“項目”（project）及“系統模型”（network），接著在建模界面中進行系統模型的搭建和修改，最後在分析後處理區域中進行參數設置，運行分析，讀取結果。整個過程由左至右，條理明晰，即符合工程師的使用習慣，使其易於操作，又滿足了系統仿真工作的分析需求。

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美觀易用的軟件界面

和舊版本相比，v7更為緊湊。在v7中，模型及項目管理、元件庫管理、性能參數庫管理、流體庫管理及用戶權限管理都通過層次分明的目錄層級加以組織，並且統一到軟件的工具欄中，工程師只需要通過鼠標點擊就可以很方便的讀取各種數據資源，大大提高了工程師的建模效率。

在軟件的建模區域，工程師可以通過多圖層的建模方式把復雜系統拆分為若乾個分屬不同圖層的子系統，分塊進行模型的搭建，同時可以配以相應的背景圖片，這使得復雜的系統模型更為直觀、易懂，提高了系統模型的可讀性和易用性。

強大的後處理報表生成工具

Flowmaster仿真計算結果可用色譜定性的顯示，也可以用表格將結果在每一個時刻的具體值定量的表示。圖表可以多窗口、多曲線、多軸同時繪制，或用指針式儀表的方式顯示，或用數字直接在管網中顯示，如果先定義好一個色譜，可以用各種顏色代表管網中各點的計算值處在什麼數值范圍內。

多種顯示方式為用戶在分析系統時提供了很大的便利。例如，在改變泵的轉速或調節閥芯的位置後，通過管網圖中顏色的變化，能直觀地看到管道中流體的壓力是否會突然增大，壓力是否會波動，從何處壓力會出現大的波動等情況。

Flowmaster V7提供的報表功能模塊能夠以文本形式生成系統元件的關鍵參數列表，以方便工程師進行關鍵數據的核對。V7版本內置了水晶報表功能模塊（Crystal Report），用戶可以根據需要選擇需要出報表的項目，例如元件參數（Component Data）、節點信息（Node Data）、通用參數（General Data）等。報表文件可以按照一般的rpt格式，也可以按照EDIF（電子數據交換）格式輸出。Rpt文件可由辦公軟件如Word、Excel打開閱讀，而EDIF文件是二進制文件，可以被其他的應用程序訪問，實現數據交互。

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內置的元件參數報表生成（Crystal Report）

此外，根據最新的進展，v7的報表還可以生成MPCCI接口數據文件，MpCCI是當前國際最為通用的CAE軟件接口平台，基於MpCCI標准的接口數據文件無疑將大大增強用戶實現聯合仿真的能力。

COM自動化與系統集成

Flowmaster V7一如既往的支持基於COM（Component Object Model，組件對象模型）的開發。COM是微軟對於網頁伺服器與客戶端、增益集與Office系列軟件之間互動的軟件元件技術。COM自動化（COM Automation）是指應用程序的COM化（封裝成COM組件）以讓外部程序調用這些COM組件，實現各種功能。其典型應用體現在微軟的很多軟件中，尤其是Office系列軟件中都支持宏，例如Excel、Word及Access。Flowmaster軟件的許多功能也封裝成了COM組件，這些組件可以通過運用於Windows平台的其他軟件包括微軟的Office系列軟件進行調用，實現數據的交互和分析的自動化。

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COM自動化與系統集成

基於COM自動化技術，Flowmaster已經開發了和許多其他知名CAE軟件的接口，如FLUENTLink、FlowmasterLink for MATLAB等。進一步，對於其他應用軟件包括設計軟件如PDMS，只要支持COM技術（一般應用於Windows操作平台的軟件都會支持），就能夠通過用戶的二次開發實現Flowmaster和三維設計軟件之間的無縫集成。

精確預測壓力、溫度及參數化分析

Flowmaster是專為流體系統開發設計的仿真工具，無論是設計產品的水/液系統、油、氣（空氣、氧氣、二氧化碳、氫氣等）系統，Flowmaster都可以對系統進行精確的壓力、流量、流速、溫度分析。Flowmaster中的元件模型主要是基於壓力－流量關系，因此對系統壓力分布、流量分布及元件流阻、流量及流速進行精確的計算是軟件的基本功能。用戶對元件進行建模時只需要輸入能夠反映元件流阻特性的數據就可以了。作為一個開放的仿真平台，Flowmaster允許用戶對元件進行幾何參數建模、實驗數據建模或直接利用Flowmaster的實驗數據庫進行直接建模。

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對於由多個元件組成的流體系統，Flowmaster的解算器利用迭代求解系數矩陣的方式計算出系統的節點壓力，然後根據元件的流阻特性及流量守恆的原理得到主乾和分支的流量，進而得到流速、雷諾數、馬赫數等參數。對於熱流體系統，Flowmaster將動量方程、連續性方程和能量方程同時進行耦合求解，根據系統自帶或用戶輸入的元件熱性能參數，考慮元件與流體介質及環境的傳導換熱、對流換熱及輻射換熱，同時還考慮溫度對流體介質（如滑油、燃油、空氣等）的動力學粘度、定壓比熱、密度和熱膨脹速率的影響，通過反復迭代得到熱流體系統的溫度分布，並給出元件的實際換熱量、熱阻、換熱效率及努謝爾數等參數。

Flowmaster V7版本針對系統參數優化提供了Var. Params.控制面板功能，如下圖所示，用戶可以設定系統中的某些變量為可變參數，這些參數將集中體現在Var. Params.參數面板中，在這個面板中用戶可以設定變量的參數值，從而進行多工況仿真計算並在多工況中尋找最優解。此外，Var. Params.面板還提供了參數之間的耦合關系，即以函數關系控制各運行變量之間的耦合，以下圖為例，【Parameter1】和【Parameter2】為輸入可變參數，而【Parameter3】為【Parameter1】和【Parameter2】的函數，此時在【Parameter3】的參數表中即可實現相應的函數控制，其使用的語法規則為C＃語言。

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Var. Params.控制面板

完備的分析手段與智能建模

Flowmaster是面向工程的完備的流體系統仿真軟件包，對於各種復雜的流體管網系統，工程師可以利用Flowmaster快速有效的建立精確的系統模型，並進行完備的分析。Flowmaster具備的分析模塊可以對流體系統（含液壓系統）進行穩態和瞬態分析。

這些分析模塊分為兩個主要的部分：

l IS、IT——不可壓流體配送系統分析模塊。IS為穩態流動分析模塊，IT為瞬態流動分析模塊。

l SSH、STH——不可壓流體傳熱分析模塊。，SSH為不可壓穩態熱分析模塊，STH為不可壓瞬態熱分析模塊。

l CS、CT——可壓縮氣體系統分析模塊。CS、CT含義與上同。由於可壓縮分析模塊將能量方程及狀態方程加以考慮，所以其穩態及瞬態分析就已經包含了熱性能的分析。

除具備完備的仿真分析手段外，Flowmaster也是一款非常智能的仿真平台，能夠為工程師提供非常智能的輔助建模手段，以部件參數表為例：Flowmaster的每個部件都包含有大量的參數，依據可壓、不可壓、傳熱、不傳熱等分析類型不同，其部件參數的輸入要求也大不相同，這就會給初級的工程師造成很大的困惑：到底哪些參數是必須輸入、而哪些參數又是可選輸入的呢？有了Flowmaster的智能建模輔助工具，這個難題就迎刃而解了，如下圖所示，紅色的參數條目為必須輸入的參數，黃色的參數條目則是可選輸入的，這樣的參數表簡單明了，避免了參數輸入的錯誤。

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Flowmaster的智能仿真平台還體現在交互仿真功能上，交互式仿真功能可以在仿真計算時隨時改變元件的某個參數，如馬達的轉速或閥芯的位置等，這些參數的改變對系統的影響會立刻顯示出來。交互仿真對用戶非常有幫助，用戶可以實時監視輸出結果，改變系統參數，當結果不理想時，可以隨時停止仿真。

完備的元件庫

Flowmaster根據不同功能的流體系統建立了兩種元件庫，一種是流體輸送類元件庫，一種是流體做功類元件庫。而每種元件庫都根據元件的種類分為諸多元件族，比如泵族、管道族、換向閥族、噴嘴族、油箱族、油濾族、三通族、軸承族、油缸族等等。

工程師可以從元件庫中選擇建立流體系統模型需要的所有標准元件。在Flowmaster的兩種元件庫中，總共有近40類元件族，300多種元件，幾乎函蓋了目前流體系統需要的所有的標准元件。比如，在泵元件族中，就有齒輪泵、活塞泵、葉片泵、軸向泵、徑向泵、混合泵、航空專用的射流泵等，在換向閥元件族中，有兩位兩通，兩位三通等多種元件。用戶只需要根據自己的系統物理模型來選擇需要的元件即可。此外，根據車輛工程仿真的需要建立了該軟件特有的元件庫，像控制元件庫和機械類元件庫，像PID控制器、彈簧、阻尼等。這些元件完全可以滿足各種流體系統，如車輛熱管理系統及液壓傳動系統的建模需要。

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Flowmaster V7汽車工業版本新增部件

此外，Flowmaster V7 汽車工業版本更是針對汽車行業用戶開發了大量汽車行業專用部件，如：發動機、渦輪增壓器、排氣閥、油泵、節溫器等，同時針對空調系統在車輛工程中的應用專門開發了空調系統元件家族，提供空調系統建模，如壓縮機、冷凝器、蒸發器、儲液罐、各種熱膨脹閥及專用的空調系統管道等空調專用元件。這些元件模型能夠模擬系統中的氣液相變，並能夠模擬濕度在空調系統中的變化。

綜上所述，Flowmaster具備的分析模塊及元件庫可以：

l 對流體系統（含液壓系統）進行壓力、溫度、流速、流量等參數的預測

l 進行穩態和瞬態分析（含熱分析）

l 對空調系統和發動機艙空氣系統進行仿真分析

l 對元件尺寸及各種復雜形狀的流體管網系統進行分析

軟件運行環境

Flowmaster軟件可以運行在Windows2000、NT及XP 操作系統。推薦硬件配置為

l Pentium 4以上處理器

l 512Mb以上內存

l 1024×768以上分辨率

Flowmaster軟件使用許可管理器FLEXlm可以安裝在Windows或Unix系統上，並利用浮動License進行管理，在局域網內選定一台機器安裝License服務器，局域網內的機器通過設置環境變量就可以遠程使用該軟件。

代碼