Novinky verze Particleworks 9.0 a Granuleworks 4.0

Společnost Prometech Software vydala novou verzi bezsíťového simulačního softwaru Particleworks 9.0 pro simulace proudění kapalin metodou MPS a Granuleworks 4. Nová verze přináší víceúrovňové proměnné zjemnění velikosti částic a model elastických těles v řešiči MPS, výrazná rozšíření řešiče LBM pro proudění vzduchu, plně sdružený přenos tepla mezi kapalinou, sypkým materiálem a stěnami a fotorealistické vykreslování výsledků pomocí ray tracingu. Přinášíme přehled těch nejdůležitějších novinek.

Rozcestník obsahu stránky:

Kapaliny | Proudění vzduchu | Přenos tepla a multifyzika
Pre/post-processing | Prostředí a automatizace | Systémové požadavky

Kapaliny – řešič MPS

Víceúrovňové proměnné rozlišení velikosti částic

Proměnné rozlišení nově podporuje více úrovní zjemnění. Částice tak lze lokálně zjemnit výrazněji než dosud, a to bez skokových změn jejich velikosti – úroveň rozlišení se může v modelu měnit podle místa. Jemné částice tak lze soustředit jen tam, kde jsou skutečně potřeba, a ušetřit výpočetní čas ve zbytku domény. Při poměru velikosti částic 2 a dvou úrovních zjemnění je výsledný poměr velikostí 2² = 4.
Funkce byla ověřena na benchmarku KCS (KRISO Container Ship), kde vypočtené zatížení trupu v celém rozsahu rychlostí dobře odpovídá experimentálním datům.

Simulace lodi KCS s barevně odlišenými úrovněmi rozlišení částic a graf zatížení v závislosti na rychlosti — Benchmark KCS – víceúrovňové rozlišení částic kolem trupu a porovnání simulace s experimentem

Model elastických těles

Nový model simuluje pružná tělesa diskretizovaná pomocí částic. K dispozici je několik materiálových modelů a lze reprodukovat i vzájemné působení s částicemi kapaliny – například deformaci membrány ventilu, kterou protéká kapalina. Podporována je také sdružená simulace s řešiči FVM a LBM.

Nastavení a výsledek simulace membránového ventilu s elastickou membránou a protékající kapalinou — Membránový ventil – membrána s vlastnostmi elastického tělesa, okraje upevněné vazbami

Model byl ověřen na řadě úloh, mimo jiné na simulaci sítotisku (vazba s MPS), benchmarku Turek – Hron (vazba s LBM) a kmitání vetknutého nosníku, kde výsledky odpovídají analytickému řešení.

Tři ověřovací úlohy modelu elastických těles — Ověřovací úlohy – sítotisk, benchmark Turek – Hron a kmitání vetknutého nosníku

Součinitel přestupu tepla pro kapalinový film

Model HTC pro kapalinový film je nově oficiální součástí řešiče. Počítá součinitel přestupu tepla pro proudění tenkého kapalinového filmu s využitím lokálního modelu Nusseltova čísla, který zohledňuje tloušťku filmu. Výstupem simulace může být tloušťka filmu, jeho rychlost i výsledný HTC. Oproti konvenčnímu modelu odhalí oblasti s vyšším přestupem tepla, což je cenné například při návrhu kapalinového chlazení elektromotorů.

Porovnání rozložení součinitele přestupu tepla na statoru elektromotoru pro dva modely — Konvenční model HTC vs. model pro kapalinový film – nový model ukazuje oblasti s vyšším součinitelem přestupu tepla

Stabilizovaná metoda LSMPS

Stabilizovaná metoda LSMPS (Least Squares MPS) rozšiřuje klasickou metodu MPS o vyšší řád přesnosti. Prostorová diskretizace je velmi přesná a tuto přesnost si zachovává i při neuspořádaném rozložení částic, což se projeví například na věrnějším průběhu tlakových špiček.

Proudění vzduchu – řešič LBM

Povrchové stěny (Surface wall)

Nová funkce rozpozná stěny, které jsou tenčí než velikost buňky mřížky, aniž by bylo nutné nastavovat tloušťku polygonu. Předzpracování navíc přesně vypočte vzájemnou polohu mřížky a stěny, čímž se zvyšuje přesnost výsledků – typicky u tenkých žeber chladičů. Pohyb stěn zatím podporován není, pro pohyblivé části se proto používá konvenční podmínka.

Porovnání rychlostního pole kolem tenkých žeber chladiče pro dvě nastavení stěny — Proudění kolem žeber chladiče – konvenční podmínka vs. povrchová stěna

LBM Inlet – vstup vzduchu kdekoli v doméně

Vstup vzduchu lze nově definovat na libovolném místě výpočetní oblasti, nejen na jejích hranicích, a vstupů může být i více. Typickým příkladem je ofukování dílů stlačeným vzduchem, například odstraňování zbytkové vody z otvoru se závitem.

Simulace proudu vzduchu vyfukujícího vodu ze závitového otvoru a graf úbytku vody v čase — Odstranění zbytkové vody ze závitového otvoru ofukem vzduchu

Okrajová podmínka non-reflecting

Non-reflecting okrajová podmínka přidává na okraje výpočetní oblasti tlumicí zónu, ve které se změny rychlosti postupně zatlumují. Tím se potlačí nežádoucí odrazy, například zvukových vln, zpět do domény. Uplatní se zejména v aeroakustice – ukázkou je šíření zvukových vln kolem profilu NACA0012.

Zjemnění mřížky LBM podle importované geometrie

Oblasti zjemnění mřížky LBM lze nově zadat libovolnou geometrií. Mřížku lze tak přesně přizpůsobit tvaru součásti, například ozubeného kola. V kombinaci s novou funkcí pro tvorbu válce lze válcové oblasti zjemnit i bez externího souboru.

Ozubené kolo s oblastí zjemnění a řez výslednou mřížkou LBM — Oblast zjemnění zadaná geometrií ozubeného kola a výsledná mřížka LBM

Přenos tepla a multifyzika (CHT)

Sdružené tepelné úlohy DEM–MPS–CHT

Teploty kapaliny (MPS), sypkého materiálu (DEM) a stěn (CHT) se nově řeší s obousměrným propojením. Teplota se počítá pro každou jednotlivou částici prášku či granulátu, včetně výměny tepla s kapalinou i se stěnami. Simulace tak zachytí i lokální změny přestupu tepla způsobené množstvím a nerovnoměrným rozložením sypkého materiálu. Příkladem je chladicí silo pro plastové granule.

Tři pohledy na teplotní pole v chladicím silu: sypký materiál, kapalina a stěna — Chladicí silo pro plastové granule – teploty granulí (DEM), chladicího média (MPS) a stěny (CHT)

Další vylepšení CHT

Konvekční okrajové podmínky přestupu tepla lze nově použít i v transientních analýzách.
Zdroje tepla mohou být závislé na teplotě.
Zobrazení počtu sousedních buněk zapojených do přenosu tepla CHT–CHT pro snadnější kontrolu modelu.

Rozcestník obsahu stránky:

Kapaliny | Proudění vzduchu | Přenos tepla a multifyzika
Pre/post-processing | Prostředí a automatizace | Systémové požadavky

Pre/post-processing

Ray tracing – fotorealistické vykreslování

Sekvence obrázků a videa lze nově vykreslovat ve vysoké kvalitě pomocí ray tracingu. Vykreslování se uplatní pro geometrii, částice i povrchy kapaliny a umožňuje věrně znázornit materiály jako kov, plast, voda nebo sklo. Výsledky simulací tak lze přímo použít v prezentacích a marketingových materiálech.

Fotorealistické vykreslení převodovky s ozubeným kolem a olejem v průhledné skříni — Rozstřik oleje v převodovce vykreslený pomocí ray tracingu

Detekce neuzavřené domény při generování kapaliny

Když generování kapaliny (Fill / Space Fill) selže, program nově zobrazí cestu úniku a místo netěsnosti. Hledání malých mezer v CAD modelu tak zabere mnohem méně času. Malé otvory v geometrii lze navíc uzavřít úpravou tloušťky distanční funkce (doporučená hodnota je 0,1 až 1,0násobek průměru částice). Tato úprava platí pouze při generování částic, simulace pak probíhá s původní tloušťkou.

Schéma nádoby s vyznačenou hladinou, cestou úniku a místem netěsnosti — Detekce úniku – hladina, cesta úniku a místo netěsnosti

Vizualizace proudění metodou LIC

Metoda LIC (Line Integral Convolution) vizualizuje strukturu proudění v libovolném řezu výsledků LBM. Rychle a souvisle zobrazí směr proudění i víry v celém řezu, aniž by bylo nutné zadávat počáteční body proudnic.

Struktura proudění kolem leteckého profilu a válce zobrazená metodou LIC — Vizualizace LIC – obtékání profilu křídla a válce

Další vylepšení pre/post-processingu

Proudnice lze generovat pro libovolné vektorové pole, například pro časově středovanou rychlost.
Nová funkce pro vytvoření válce přímo v prostředí programu, bez nutnosti importu geometrie.

Prostředí a automatizace

Knihovna materiálů

Fyzikální vlastnosti materiálů lze nově ukládat do knihovny a sdílet mezi projekty. Knihovna může obsahovat i nastavení interakcí. Knihoven lze vytvořit více a podporován je i jejich import a export – například pro sdílení materiálových dat v rámci týmu.

Okna správce fyzikálních vlastností s exportem, importem a registrací materiálu — Export a import knihovny a registrace vlastností materiálu

Python pro File API

Rozhraní File I/O API lze nově používat z Pythonu, včetně čtení a zápisu souborů .profbin. Data simulací je tak možné snadno upravovat skripty – například vytvořit počáteční stav simulace změnou vlastností a poloh jednotlivých částic po předběžném výpočtu. Pomocí Python API lze nově také aplikovat snímky (snapshoty).

Schéma: předběžný výpočet plnění nádoby a následná změna vlastností částic skriptem — Úprava počátečního stavu částic po předběžném výpočtu pomocí Pythonu

Systémové požadavky

Particleworks 9.0 / Granuleworks 4.0 používají CUDA Toolkit 12.9.1 – je nutné aktualizovat ovladač NVIDIA na verzi, která jej podporuje.
CUDA Toolkit 12.9.1 nepodporuje operační systémy Windows Server 2016, Windows Server 2019 a Red Hat Enterprise Linux 7 (včetně CentOS 7) ani grafické karty generace Kepler.
Při budoucím přechodu na CUDA 13 nebo novější skončí podpora GPU generací Maxwell, Pascal a Volta.
Nově je podporován Windows Server 2022.
Podporovaná verze OpenGL je 4.6.
Licencování využívá FlexNet Publisher 2024 R1 (11.19.6). Pokud používáte starší licenční server, je třeba jej aktualizovat.