FlowVision

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
программное обеспечение
FlowVision
FlowVisionLogo.jpg
логотип продукта
Типпрограммное обеспечение для CFD-моделирования
АвторАксенов А.А., Гудзовский А.В., Похилко В.И., Дядькин А.А. и Сельвачев А.В
РазработчикИнжиниринговая компания ТЕСИС (tesis.com.ru)
Написана наC++
ИнтерфейсQt
Операционная системаCross-platform
Языки интерфейсаРусский, Английский
Первый выпуск1991
Последняя версия3.12.01 (03.07.2020)
Состояниеактивное (с 1991 по наст.вр.)
ЛицензияEULA
Сайтflowvision.ru

FlowVision — российский программный комплекс для численного моделирования трехмерных ламинарных и турбулентных, стационарных и нестационарных течений жидкости и газа, процессов тепломассообмена и химических реакций. В основе программного комплекса — метод конечных объемов.

Являясь прямым конкурентом решений Ansys, Siemence, Numeca (numeca.com) и Dassault systems, FlowVision приобрел значение в России в связи с политикой правительства по импортозамещению на оборонных предприятиях. Правообладатель FlowVision, компания ТЕСИС (tesis.com.ru), входит в российский консорциум производителей инженерного ПО РазвИТие (plmrussia.ru), целью которого является создание импортонезависимого единого разнопланового PLM-решения.

FlowVision рекомендован для преподавания вычислительной гидродинамики в учебных заведениях России (в соответствии с приказом Министерства образования[1]), курсы и семинары читают в МГТУ им. Баумана, МФТИ, МЭИ и МАИ.

FlowVision позволяет моделировать течения около подвижных и деформируемых тел совместно с конечно-элементными программными комплексами, например Abaqus (методом FSI).

История[править]

FlowVison 1[править]

Первая версия FlowVision появилась в 1991 году в Институте автоматизации проектирования РАН. В качестве языка программирования был использован Fortran, а работа предполагалась в ОС MS-DOS.

В данной версии программы были реализованы:

  • работа с декартовой сеткой со ступенчатой аппроксимацией границ расчетной области
  • модель несжимаемой среды
  • k-ε модель турбулентности
  • модель горения

Первая версия использовалась при моделировании физических процессов в проекте «Sea Launch» (взлет ракетоносителя с плавучего космодрома), а также для модернизации ТЭЦ с целью снижения уровня вредных выбросов в атмосферу.

FlowVison 2[править]

В 1995 году было принято решение начать работу над FlowVision 2 с нуля, причем уже на С++ и для Windows 95. Основные изменения относительно первой версии включали в себя:

  • возможность построения криволинейных границ с подсеточным разрешением геометрии
  • пять моделей турбулентности
  • модель сжимаемой жидкости и оптимизация решателя для разных чисел Маха
  • многокомпонентное течение
  • модель свободной поверхности
  • модуль подвижного тела
Моделирование винтового комрпессора с подвижными телами

Помимо этого важной вехой на этапе развития стало создание инновационного функционала FSI (Fluid Structure Interaction) на базе коммерческих кодов. Было промоделировано аквапланирование автомобильной шины с помощью FlowVision в связке с конечноэлементным кодом вычислительной прочности Abaqus.

В 1999 году команда разработчиков полностью перешла в компанию ТЕСИС с целью коммерциализации и распространения FlowVision на российском и зарубежном рынках.

В 2000 году компанией ТЕСИС был произведён первый коммерческий выпуск FlowVision.

В 2005 г. был получен сертификат соответствия Госстандарта РФ[2].

FlowVison 3[править]

Так как архитектура второй версии FlowVision накладывала существенные ограничения на возможности расширения программного комплекса, в 2004 году было принято решение начать разрабатывать третью версию программы. Главными качественными нововведениями стали:

Спустя два года был произведён первый выпуск. В 2007 совместно с НИВЦ МГУ была выполнена работа по разработке решателя для терафлопных вычислений; совместно с НИВЦ МГЦ, ЦАГИ и компанией «Сигма Технология» выполнена работа по созданию технологии оптимизации для задач аэродинамики.

Последующие успехи команды разработчиков FlowVision позволили начать предлагать на продажу программные компоненты для сторонних разработчиков аналогичного ПО.

Так, например, матричный решатель FlowVision был встроен в продукт CFDesign компании BlueRidge Numerics, которая впоследствии была выкуплена компанией Autodesk.

Моделирование сердечной мышцы в рамках проекта LHP

В 2014 году команда разработчиков FlowVision вступила в международный проект «Живое сердце» (LHP — Living Heart Project[3]), в рамках которого создается математическая модель работающего сердца, которая учитывает электромеханические свойства мышечной ткани, работу предсердий, желудочков и клапанов (в том числе искусственных) в динамике. Разработчики FlowVision в этом проекте отвечают за моделирование движения крови в сердце, решая задачу двухстороннего сопряжения движения сердечной мышцы и движения крови.

В 2015 году был создан независимый консорциум российских IT-разработчиков РазвИТие, состоящий из компании АСКОН, НТЦ «АПМ» (apm.ru), ADEM, ТЕСИС и ЭРЕМЕКС (eremex.ru), которые объединились для создания разноплановой российской PLM-платформы.

Команда[править]

На октябрь 2020 года команда включает в себя около 20 человек, отделы разработки и тестирования располагаются в Москве и Нижнем Новгороде.

Лидером команды является технический директор OOO «ТЕСИС», к.ф.-м.н. Андрей Аксенов.

Планы[править]

В 2019 году в состав FlowVision вошла Инженерная вычислительная платформа[4], представляющая собой первую версию API для расширения возможностей FlowVision сторонними разработчиками. Уже сегодня FlowVision позволяет взаимодействовать с конечно-элементными пакетами и решать задачи электро-гидродинамики. В планы разработчиков входит создание универсальной междисциплинарной CAE-платформы, расширяемой разработками предприятий и учебных заведений.

KompasFlow[править]

С 2017 года решатель FlowVision стал основой нового приложения KompasFlow для отечественной CAD-системы КОМПАС-3D. Функциональность KompasFlow представляет собой адаптированную для конструктора версию программного комплекса FlowVision. KompasFlow позволяет определять действующие на изделие силы и моменты, структуру течения внутри или вокруг изделия,  оценить перепад давления, полного давления или температуры. При этом обладает очень простым интерфейсом и позволяет быстро менять геометрическую модель, так как KompasFlow работает в окне CAD-системы.

Значение[править]

В 21 веке CFD-моделирование стало неотъемлемой частью цифрового предприятия. С помощью этого класса ПО создаются виртуальные аэродинамические лаборатории и опытные бассейны для полномасштабного испытания техники. CFD решения лишены недостатков лабораторий:

  • Отсутствуют ограничения на масштаб испытываемой модели;
  • Отсутствуют датчики и державки, искажающие реальную картину течения;
  • Становится возможным изучение процессов, которые не представляется возможным воспроизвести в лаборатории с необходимой достоверностью (например, аварийные режимы работы атомных электростанций или посадка космического зонда в марсианской атмосфере и при соответствующем притяжении).

FlowVision и подобные программы для вычислительной гидродинамики позволяют сэкономить время и средства на создание лабораторного стенда, прототипа и проведение самих опытов.

Большинство существующих в мире CFD решений либо принадлежат компаниям из США, либо являются зависимыми от санкций США. В то же время программы вычислительной гидродинамики активно применяются при проектировании систем наступательного и оборонительного вооружения. В связи с обострением международных отношений стал актуален вопрос импортозамещения в чувствительных отраслях и возросло значение FlowVision, как конкурентоспособного CFD решения, уже активно применяемого в России, в том числе на предприятиях ОПК.

Области применения[править]

FlowVision — активно развивающееся программное обеспечение, которое используется во многих отраслях промышленности РФ, например:

и других.

Устройство[править]

Технологии в основе[править]

В основе программы лежит метод конечного объема, имеется возможность выбора явной/неявной схемы решения. Расщепление уравнений Навье-Стокса производится на подсистему для компонент скорости и уравнения для давления.

FlowVision поддерживает технологию параллельных вычислений и многопоточный режим расчета одновременно, что позволяет более эффективно использовать вычислительные кластеры[5]. Поддерживаются такие MPI библиотеки, как: MPICH, Intel MPI, Microsoft MPI и прочее. Благодаря сотрудничеству с НИВЦ МГУ, ЮУрГУ,  Физтехом  и НИЦ «Курчатовский институт» FlowVision тестируется и развивается в направлении обеспечения эффективной утилизации вычислительных ресурсов крупнейших современных суперкомпьютеров России.

Решатель FlowVision работает под управлением 64-битных операционных систем Windows и Linux. В 2019 году начались работы по переносу графического интерфейса всех модулей FlowVision на Qt для обеспечения 100 % кроссплатформенности. FlowVision также работает в Linux на российских процессорах Эльбрус.

Основные возможности[править]

Комплекс FlowVision позволяет численно моделировать стационарные и нестационарные трехмерные течения жидкости и газа при любых скоростях потока (от дозвуковых до гиперзвуковых), моделировать однофазные и многофазные потоки с учетом турбулентности потока, свободную поверхность границы раздела фаз (VoF), процессы тепломассообмена, горения, магнитной гидродинамики (ЭМГД) и многое другое.

Во FlowVision реализован автоматический генератор сетки, применяется ортогональная расчетная сетка с возможностью динамической локальной адаптации в области, по решению и градиенту.

С помощью комплекса можно моделировать подвижные тела в потоке жидкости и газа, рассчитывать аэрогидродинамические и инерционные силы, действующие на тело.

Также FlowVision позволяет решать совместно с конечно-элементными программами задачи о взаимодействии жидкоcти и конструкции (FSI), например, с программой Abaqus или отечественной программой APM.

FlowVision позволяет решать задачи оптимизации формы объектов совместно с оптимизационным программным комплексом IOSO.

Препроцессор не содержит собственного CAD, но позволяет импортировать модели из сеточных форматов (STL, VRML, MESH, ABAQUS, ANSYS, NASTRAN, Star CD cel, VTK, CEDRE NGEOM), а также из параметрических форматов (IGES, STEP, Parasolid, JT, VDA-FS, UG NX, Pro/E, Creo, Inventor, SolidWorks, SolidEdge, CATIA V4, CATIA V5, CATIA V6).

Во FlowVision есть база веществ и возможно создавать пользовательскую базу веществ.

С помощью Постпроцессора возможно визуализировать полученные результаты в удобном пользователю виде (поля давлений, скоростей, температур и др. в объеме, плоскости, точке и др.), также возможен экспорт в открытую программу для визуализации ParaView.

Преимущества[править]

Моделирование распада струи методом VOF
  • автоматическое построение расчетной сетки
  • решение задач сильного взаимодействия жидкости и конструкции (когда перемещение конструкции под действием жидкости является существенным)
  • консервативная модель VOF
  • моделирование живых объектов и эксремально сложных движений и подвижных систем (в том числе на основе capture motion)
  • возможность подключения пользовательских модулей (API)

Недостатки[править]

  • применение ортогональной сетки, пересекаемой криволинейной поверхностью граничного условия, дает неравномерный размер пристенных ячеек вдоль криволинейных поверхностей. Что может приводить к неравномерности потоков, рассчитываемых на поверхности, и сил трения. В результате для получения точного решения может потребоваться  существенное измельчение расчетной сетки и, как следствие, повысится время счета. Для решения этой проблемы во FlowVision введена возможность построения призматического слоя по поверхности обтекаемого тела, который частично перекрывает расчетные ячейки основной сетки. Это позволяет устранить неравномерность потока и точно рассчитать силу трения при низких вычислительных затратах.

Источники[править]

  1. ↑ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Приказ об утверждении межвузовской комплексной программы № 465 (рус.) (13.02.2001).
  2. ↑ FlowVision - Сертификат соответствия Госстандарта России N POCC RU.ME20.H01223. (2005).
  3. ↑ https://www.3ds.com/products-services/simulia/solutions/life-sciences/the-living-heart-project/
  4. ↑ https://flowvision.ru/ru/news-ru/releases-ru/flowvision-3-11-01
  5. ↑ Владимир Коньшин Параллельная реализация программного комплекса FlowVision.

Литература[править]

  1. Патанкар С. В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. — 2003.
  2. Патанкар С., Сполдинг Б. В., Тепло-и массообмен в пограничных слоях. — Энергия, 1971.
  3. Гарбарук А. В., Стрелец М. Х., Шур М. Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. — 2012.

Ссылки[править]

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=FlowVision&oldid=1872694