全球著名三维流体动力学和传热分析软件
FLOW-3D

美国Flow Science公司简介

1963年，在位于新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯的科学实验室里，Dr.C.W.“Tony” .Hirt 开创了几个非常重要的流体动力学方法,如稳定性的提高和独有的自由表面跟踪技术（VOF）。1980年，Dr.Hirt创办了Flow Science.Inc公司，位于新墨西哥洲首府圣大非城市。同时，开发了新一代高真度的流体动力学模型，应用于工业和科学领域。

公司主要宗旨是：为用户提供优秀的流体动力学软件和服务，密切关注每个用户特殊的模型需求。1985年，正式推出了简单易用、功能强大的三维流体动力学和传热程序—FLOW-3D。该程序的设计从开始到应用于不同科学和工程领域的过程中，一直把重点放在使用方便，更具通用性、适用性。

目前，公司拥有遍及全球的商业和政府用户，公司的科学家和高级工程师不断革新和完善FLOW-3D的强大功能，同时他们也为得到广大用户的大力支持而感到无比自豪。23年来，FLOW-3D 在CFD技术和服务支持方面占有绝对领先地位。

FLOW-3D功能介绍

FLOW-3D是国际知名流体力学大师Dr. C.W. Hirt 毕生之作。从1985年正式推出后，在CFD（计算流体动力学）和传热学领域得到的广泛的应用。对实际工程问题的精确模拟与计算结果的准确都受到用户的高度赞许。其独特的 FAVOR TM 技术和针对自由液面（Free surface）的 VOF 方法为常見的金属压铸与水力学等复杂问题提供了更高精度、更高效率的解答。不仅如此，FLOW-3D本身完整的理论基础与数值结构，也能满足不同领域用户的需要，如小到柯达公司最高级相片打印机的喷墨头计算，大到NASA超音速喷嘴与美国海军舰艇输油系统的设计，近年来更针对生物医学科技中的电泳进行新模型的开发及验证。

FLOW-3D程序为满足不同用户的特殊需求，也开放了附加程序编写的功能，并配有FORTRAN的核心可直接编译，完成后即可直接加入程序中使用，使得软件的灵活度更高、更加专业化。

FLOW-3D首创自由流体表面跟踪VOF完整算法,可准确计算动态自由液面的交界聚合与飞溅流动,尤其适合高速流动状态计算模拟。软件采用FAVOR改良型有限差分模型,整个计算过程简单、稳定、准确且非均匀化、多块分区网格划分,减少网格数目。网格与几何现状自动耦合, 精确、稳定、快速 。软件提供紊流模型，模拟紊流状态下的充填过程，包括压力、温度、速度等动态分布 并且 其独特的表面缺陷跟踪模型，能准确模拟压铸过程氧化层缺陷的分布 , 根据需要，还可模拟型腔内背压、排气、触变粘度，以及热应力、表面张力、偏析等. 多种精确的模拟结果，形象、直观的FLOW-VU三维显示，方便的动画制作 ,提高一次试模合格率，节省了时间 。

FLOW-3D是一个国际著名的计算流体动力学(CFD)和传热分析软件,可以模拟铸件的充填和凝固过程,让铸造工程师能更深入得了解铸造过程。 FLOW-3D作为一个高度可靠且准确性的模拟工具,可协助工程师们解决铸造工业中的各种金属流动问题。

FLOW-3D 9.0 新版本保留了旧版本所有功能的基础上,又增加了新的物理模型,如 具有六个自由度的运动物体、空气夹带、温度应力和变形、微观缩松。 同时也改善了原有的算法和增加了新的算法。

FLOW-3D的主要特点：

FLOW-3D之所以具有如此广泛的应用领域和遍及全球的用户，是因为FLOW-3D具有下述重要特点：

1. 独特的FAVOR技术

FLOW-3D使用了一种方法将矩形网格的优点和扭曲的、适体的网格的灵活性结合在一起，这种方法称之为自由网格法（网格和几何体相互独立）。这种方法是建立在结构化网格系统之上，裁剪网格的一部分来定义光滑的曲面。简单的矩形网格生成容易，数值精度高，内存需求较小。FLOW-3D使用独有的FAVOR方法在网格内部定义障碍物的几何模型，计算障碍物所阻挡的每个网格的面积和体积。FAVOR方法使FLOW-3D利用简单的矩形网格来表示任意复杂的几何形状，这将大大提高了求解的精度。

FAVOR是一项特殊的网格技术。应用简单而且规则的长方形网格，定义出复杂的模具和型腔外形，让网格分析变得快速简便，并有效地降低计算机在计算上的 消耗；并且在计算流场和温度场耦合时保持极高的准确性。

2. Tru-VOF 方法

流体体积法（VOF）是最成功的体积跟踪的数值方法，主要由三部分组成：一是定位表面；二是跟踪自由表面运动到计算网格时的流体表面；三是应用表面的边界条件。许多CFD程序宣称使用了VOF方法。事实上，它们仅仅执行了VOF中的两步，象这“虚假的VOF法”经常得出错误的结果。FLOW-3D使用了真实的三步VOF方法，称之为“Tru-VOF”。

自由表面的跟踪，可由 TRU-VOF 来计算。这种方法能够精确地算出金属液滴的结合与分开，这使得FLOW-3D有强大而且可靠的能力来模拟金属液充填型腔的流 动过程。

3. 多重网格区块（ MULTI-BLOCK) 技术

针对复杂的外形，多重网格区块是功能强大的网格分析技术；可应用不同大小网格区块的连结（ linking) 或植入（ nesting) ，使得同一区域，具有不同的网格解析度。

4. 包含三种算法：分离隐式算法、显式算法、可改变方向的隐式算法。从而使FLOW-3D适用于低速不可压流动、跨声速流动乃至压缩性强的超声速和高超声速流动。

5. 包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够模拟无粘流、层流、湍流、传热、化学反应、颗粒运动、多相流、自由表面流、表面张力、相变流、凝固等复杂的物理现象。

6. 可同时考虑对流换热、热传导、热辐射等换热方式。

7. 不仅可求解牛顿流体，也可求解非牛顿流体。

8. 包含丰富的流体、固体材料库，而且材料属性可根据用户的需要重新进行设定。

9. 提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口。

10. 具有强大的后处理功能，可以以图形、曲线以及矢量的方式对计算结果进行方便地处理。

FLOW-3D应用领域：

FLOW-3D广泛应用于航空航天工业、金属铸造业、镀膜、消费产品、微喷墨头、海运业、微机电系统、水力学等领域。

金属铸造

快速铸造设计

金属的凝固和收缩

消失模铸造

在金属铸造方面，高品质的铸件常须通过大量的实验和修改模具才能达到，但现在使用FLOW-3D计算机仿真技术可以准确地模拟型腔的浇注过程，给出铸件充型过程中金属液体的速度场、压力场、温度场、自由表面变化以及铸型的温度场;精确地描述凝固过程，也可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用，给出用宏观变量温度梯度、凝固速率和凝固时间表达的微观缩松准则函数，如Niyama准则、Lee.Chang.Chieu（LCC）准则,预测可能发生缩松、缩孔缺陷的主要位置。为铸造工程师研制和开发新产品提供了科学的依据，缩短了产品的开发周期。帮助工艺人员分析工艺质量，优化工艺设计。

FLOW-3D可选择薄壁、厚壁铸件，大小不限。铸件金属可选择铸钢、铸铁、铝合金和高温合金等五十多种材料。FLOW-3D提供了丰富的铸造工艺，包括：砂型铸造、消失模铸造、高压、低压铸造、 差压铸造、重力铸造、倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、 触变铸造（半固态铸造）等工艺。同时也可模拟砂芯制造工艺中气流冲砂过程。FLOW-3D也可选择十几种铸型材料，主要包括呋喃树脂、酚醛树脂、壳型树脂、干型砂、湿型砂等。

另外，铸件凝固过程时间比浇注时间长的多，而且在浇注过程中如果铸件来不及凝固。FLOW-3D可允许用户将两个过程单独进行计算机模拟，并不会影响计算结果的精度。特别对于很长的凝固时间，FLOW-3D为此提供了功能强大的快速凝固收缩（RSS）物理模型，在计算机上只用很短的时间就可模拟很长的凝固过程。如果你非常关心现有铸造产品质量的改善，那么FLOW-3D是最好的工具。

航空航天

在航空航天方面，宇宙飞船和航天飞机燃料传送系统成功设计的关键在于燃料运动的控制，FLOW-3D的自由表面处理能力与特殊的物理模型（表面张力、非惯性系、刚体动力系统）耦合在一起，使FLOW-3D成为航空航天工程师必不可少的设计工具

镀膜方面

在镀膜方面，传统上在研究镀膜过程中，由于流体小尺寸的运动及与墙壁表面的附着力和表面张力的交互效应影响，必须通过许多复杂且昂贵的实验才能得到较佳的生产参数。但现在可以借助FLOW-3D的模拟技术已能大幅缩减实验的次数与成本，提供适合的方法来分析这些影响。

消费产品

在消费产品方面，在消费品的设计和制造过程中，自由表面的流动是非常普遍的一个问题，比如容器注水、浴室设备等。在这些设计上期望具有最低的消耗与最小的成本。通过FLOW-3D使得这一类产品的设计更加简单迅速，甚至在精密喷嘴及其它民生用品上的设计更趋完美。

日用品（点击查看大图）

微喷墨头

在微喷墨头方面，尽管无纸传输信息的时代在逐步的迈进，但高品质的、简单、廉价的喷墨打印机仍具有很大的市场份额。随着数码相机的盛行，越来越多的消费者需求高品质的家用彩色打印机，促进了极高分辨率打印机的需求量。同时，也促使打印机的生产厂商结合国外的先进方法来设计更好的打印机，满足消费者的需求。因此，遍及全世界的打印机制造厂家使用FLOW-3D来改善产品的功能，比如使用FLOW-3D来研究驱动力脉冲、喷嘴头的形状、表面张力系数等因素对喷射墨滴的形状、尺寸和速度的影响。

海运方面

在海运方面，使用FLOW-3D来模拟油轮甲板下液体的晃动，也可模拟船在海上行驶时产生的波和计算水作用在船上的力。

海运模拟（点击查看大图）

微机电系统

在微机电系统方面，微机电系统技术象集成电路工业一样正在迅猛地发展，这种技术将机械、流体、电控及光学设计集成在0.1微米到1毫米的设备上。然而在许多MEMS元件的开发过程中，仍需更多的工程师与科学家参与产品设计、试做、测试与改善，因此需要耗费高额的时间与成本。但现在数值模拟软件的帮助下，可以在极短时程内即可获得关于电讯、力学、化学、热学及流体力学的重要设计参数，而FLOW-3D正是首当其选，能为您的设计节省下大幅度的预算成本。

微型泵模拟（点击查看大图）

水力学

在水力学方面，过去水文的研究常须通过长时间的野外调查与实地测量才能获得，而实验室受限于经费及仿真真实环境下的尺寸仍有困难。现在使用FLOW-3D的数值“虚拟河道”提供了一项新的选择。

水坝设计

水坝溃坝模拟演示

河道冲刷（点击查看大图）

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