cfd湍流仿真模拟软件（国产多物理场仿真软件ZQ-CFD）

✦前言✦

本周小编向大家推荐上海秩奇热工科技有限公司的国产多物理场仿真软件。秩奇热工依托上海理工大学，组建了以博士硕士组成的开发团队，结合十余年的行业从业经验，自主开发了通用网格划分软件ZQ-Mesh，旋转机械内流分析软件ZQ-Turbo和多相流动分析软件ZQ-MFlow。

01简 介

上海秩奇热工科技有限公司（简称秩奇热工）是专业从事多物理场工业软件技术的提供商。以研发及销售满足用户需求的先进CFD软件和CAE前处理网格软件为发展方向，致力于为核工业、流体机械、船舶海洋、航空航天等高科技行业和学术界，提供软件产品开发、技术咨询服务、系统解决方案和工程咨询服务等。

秩奇热工坚持以复杂拓扑网格生成、流动优化设计、高性能多相散热设计分析为核心，以解决用户难题，满足客户需求为目标，通过专业的技术知识和服务流程，为客户提供经济、高效和可靠的网格生成解决方案、多相流解决方案和数字压气机内流解决方案，帮客户实现技术创新，创造价值。

02软件介绍

ZQ-Mesh软件

• ZQ-Mesh软件是专业的网格生成求解器，可生成高质量的二维和三维结构化网格、非结构网格和混合网格。结构网格采用分块求解泊松微分方程生成，非结构网格采用经典的Delaunay方法和改进的前沿推进法生成。
• 具体特点：
• 支持全局网格疏密控制
• 支持特定面网格划分设置，支持曲率变化剧烈处自适应加密
• 支持近壁面边界层网格划分，边界层层数、厚度和过渡约束设置
• 支持给定节点和输入网格单元二次网格划分
• 支持远场区域六面体，边界层棱柱，近场四面体，过渡层金字塔混合构型
• 支持导出Tecplot、VTK、CGNS标准网格文件格式

图1 界面附近局部加密的自适应网格

ZQ-Turbo软件

• ZQ-Turbo是专业的三维旋转机械内流仿真软件，自主开发的快速准确/工程实用化RANS/URANS并行模型，助力客户完成从“跟踪设计”向“预测设计”转变。
• 软件特性：
• 支持多排多级动静转子可压缩定常流动分析
• 支持尾迹涡脱落、多叶排流动干扰、旋转失速、喘振等非定常流动分析
• 压气机非定常内流时空谱分布预测
• 分层区域分解模型 & 非匹配内界面通信算法
• 采用滑移网格法和混合网格法处理动静叶片信息传递，气动性能精确预测
• 大型风洞多级压气级内流大规模并行计算验证

ZQ-MFlow软件

• ZQ-MFlow软件是专业的两相流动分析软件，基于通用适体网格和非结构化网格压力速度求解并行SIMPLE算法开发，相界面捕捉支持高精度的复合VOF/Level set方法。
• 关键亮点：
• 支持气液相变模型
• 支持微米级到米级跨尺度仿真
• 有完整的前处理建模模块、网格模块、求解模块和后处理模块
• 可模拟膜态沸腾、流动沸腾和核态沸腾传热传质物理过程

03案例介绍

3.1混合网格生成

混合网格因结合了非结构网格完美贴合曲面边界和结构网格收敛较快的优点，应用广泛，对复杂外形如车、船体进行CAE仿真优化设计的一个重要环节即高质量流体混合网格生成。

流体计算域按照距离复杂表面的远近分为远场、近场过渡层与近场边界层。远场采用结构化六面体网格；近场边界层以几何表面为源面，根据其几何特征在临近船舶表面的流域构造体网格。

近场过渡层根据以边界层网格和远场网格作为初始前沿，向过渡层内部推进生成体网格，完成过渡层体网格自动生成。下图展示了ZQ-Mesh软件边界层网格和给定远场结构交界面网格的功能。

图2 ZQ-Mesh三棱柱边界层网格

图2 ZQ-Mesh四面体网格

图3 导入结构化面网格生成混合网格

3.2轴流压气机内流数字化CFD仿真与验证

基于自主开发的并行ZQ-Turbo软件，对NASA Rotor35、NASA Stage 35、NASA 74A等单排、多排、多级轴流压气机开展模拟验证，单叶道定常RANS和全周非定常URANS模拟结果与实验对比良好，揭示了叶轮机械内旋转失速和喘振等非定常气动不稳定现象的流动机理。

图4 压气机—节流阀模型（a）轴速探针监测

图4 压气机—节流阀模型（b）非轴对称非定常流场

图5 （a）非定常气动特性点收敛过程

图5 （b）大尺度轴对称非定常脉动

图6（a）总压比

图6（b）定常近设计工况点95%叶高

图6（c）非定常近失速工况点

图6（d）非定常近设计工况点

图6（e）非定点常近堵塞工况点图

图7（a）非定常近设计工况点30%叶高

图7（b）非定常近设计工况点95%叶高

3.3两相流动与沸腾模拟

采用ZQ-MFlow软件模拟单气泡通过缩径流道时的变形过程。如图直径d=0.5的圆形气泡被放置在Ω=[0, 6d]×[0, 4d]的底部，初始时刻气泡和周围流体保持静止，壁面采用无滑移边界条件，计算结果与Fluent软件进行对比。

图8 缩径管计算区域和界面初始位置

下图给出了网格密度h=1/20时不同时刻下ZQ-MFlow和Fluent计算的气泡形状和位置对比图，各个时刻下二者的气泡形状都十分相似，由于采用复合VOF/LS重构界面MFlow气泡更光顺锐利。

图9 缩径管气泡上升不同时刻形状对比

采用MFlow软件研究了一长方体微通道内水蒸汽气泡从一个壁面开始生长最后充满整个通道的过程，获得了不同时刻的气泡形状和等价直径，并与实验数据对比。

微通道长宽高为1145μm×229μm×229μm；气泡初始产生于距离入口的100μm处，所在壁面的过热度为2.1K；入口流体流速为0.146m/s，过热度为2K。下图给出了计算实验对比结果，表明MFlow可高精度预测流动沸腾过程。

图10 微通道流动沸腾换热模拟与实验对比

上海秩奇热工科技有限公司致力于先进CFD软件和CAE网格生成软件开发、应用定制和技术服务，持续为国内科研和工业用户提供高质量的产品和服务。

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