Гидрогазодинамика и теплопередача

Исторически SolidWorks является одной из первых систем проектирования и анализа, содержащих полноценные интегрированные инструменты решения задач гидрогазодинамики и теплопередачи. При этом обеспечивается учет совместного действия многих факторов: движения среды, теплопроводности, солнечного излучения, теплообмена излучением, наличия вращающихся объектов, и т.д.
Посредством инструментов SolidWorks FloXPress и Flow Simulation можно получить модели достаточно сложных явлений с различной степенью подробности. В основе расчетных алгоритмов лежит метод конечных объемов, позволяющий с максимальной эффективностью создавать модели объектов со сложной геометрией посредством расчетных алгоритмов, встроенных в систему проектирования.

В SolidWorks существуют два базовых инструмента для решения задач течения и теплопередачи. Первый - это FloXPress, второй - Flow Simulation. До версии 2009 года модуль Flow Simulation назывался COSMOS FloWorks.

SolidWorks FloXPress

Является процедурой базового пакета SolidWorks Standard.
Позволяет решать внутренние задачи течения воды или воздуха для моделей с одним входом и одним выходом. Граничными условиями являются объемный или массовый расход на входе и давление на выходе. Также могут назначаться давления на входе и выходе.
Позволяет моделировать течение воды и воздуха с учетом температурных эффектов исключительно в текучей среде. Результатами является скорость течения на фоне линий тока.

SolidWorks Flow Simulation

Содержит универсальные инструменты для решения задач гидрогазодинамики и теплообмена. Обладает следующими базовыми особенностями:

Единая среда проектирования и анализа: работа в одном окне; ассоциативная 3D модель; библиотека материалов.
Решаемые задачи: стационарные и нестационарные, сжимаемые и несжимаемые среды, до-, транс- и сверхзвуковые, ламинарные, турбулентные и переходные течения; течения и теплообмен в нескольких непересекающихся объемах, пористых средах; расчет течения жидкости или газа и теплопередачи в твердом теле; учет неньютоновских жидкостей, шероховатости стенок, свободной, вынужденной или смешанной конвекции; внешнее обтекание и внутренние течения; радиационный теплообмен; расчет траекторий частиц и капель в потоке; моделирование кавитации.
Граничные условия: скорость, давление, массовый и объемный расход; температура, примеси, турбулентность; различные типы стенок и теплопередача на них; источники тепла; влажность; виртуальные вентиляторы и тепловентиляторы; нестационарные параметры.
Расчетная сетка и управление вычислениями: автоматическое создание расчетной области и генерация сетки для нее и твердого тела; произвольное число вращающихся и неподвижных объемов, автоматическая адаптация сетки к геометрии модели и полю решения; расчет нескольких вариантов в пакетном режиме на нескольких ядрах / процессорах; мониторинг параметров в ходе расчета с предварительным просмотром результатов без его остановки.
Результаты и визуализация: цветовые эпюры на плоскости или поверхности; векторы, изолинии, изоповерхности; 3D-траектории течений; распределение любой характеристики вдоль кривой; анимация результатов; расчет характеристик в точках; вывод в MS Excel и Word. Передача результатов расчета в Simulation для решения задач термо- и аэроупругости.

SolidWorks Simulation Professional

В SolidWorks Simulation Professional также имеется возможность решать задачи теплопроводности и теплообмена излучением для моделей из твердых тел и оболочек. Могут анализироваться как сборки, так и детали. Расчет может быть как стационарным, так и нестационарным. Для расчета используется метод конечных элементов. Полученное поле температур может использоваться в качестве нагрузок для термоупругого анализа. Можно рассчитывать как отдельные детали, так и сборки. Данный инструмент наиболее эффективен там, где не требуется учет теплообмена посредством массопереноса - это функционирование изделий в вакууме. В этом случае тепло передается посредством теплопроводности и излучения, и коэффициенты теплоотдачи не используются.
Если же необходим адекватный учет движения среды с возможностью изменения ее температуры при взаимодействии с телами, то следует использовать модуль Flow Simulation. Неучет изменения параметров среды и приближенная величина коэффициента теплоотдачи является источником погрешностей. Он существенно зависит от параметров течения, и не является постоянным на поверхности тела. Относительно точный его подбор требует доступа к экспериментальной информации, что, по сути, снимает потребность в расчете. Flow Simulation всегда рассчитывает коэффициенты теплоотдачи, которые могут быть отображены на различных диаграммах, а также транслированы в модуль Simulation Professional.