Fidap

FIDAP軟體是基於有限元方法和完全非結構化格線的通用CFD軟體，內含豐富的物理模型和高效的求解方法，適合解決從不可壓縮到可壓縮範圍內的複雜流動問題。FIDAP具有強大的流固耦合功能，可以分析由流動引起的結構回響問題，是唯一能夠提供完整流固耦合功能的專用CFD軟體。除此以外，FIDAP軟體還適合模擬動邊界、自由表面、相變、電磁效應等複雜流動問題。

FIDAP是一個流體模擬的好選擇，FIDAP的典型套用領域包括汽車、化工、聚合物處理、薄膜塗層、玻璃套用、半導體晶體生長、生物醫學、冶金、環境工程、食品、玻璃處理和其他相關的領域。基於有限元方法，FIDAP提供了完整的篩網彈性和健壯有效的計算。

基本介紹

• 中文名：Fidap
• Fidap：基於有限元方法和完全非結構化
• 屬性：一個流體模擬的好選擇
• 特點：通用建模能力

軟體簡介Fidap

1.基於有限元方法的通用CFD求解器

2.一流的流固耦合分析軟體。將有限元方法套用於CFD領域。套用於聚合體處理、薄膜塗層、生物醫學、半導體結晶生長、冶金、玻璃處理等領域。最新版本FIDAP 8.7。

3.FIDAP是Fluent公司的另外一個通用的CFD求解器，它可以求解從層流到湍流的範圍寬廣的流動問題。在生物醫學、材料加工處理、半導體製造等其它工業領域中，FIDAP有著廣泛的套用。FIDAP採用有限元方法，對涉及流體流動、傳熱、傳質、離散相流動、自由表面、液——固相變、流——固耦合等問題提供精確而有效的解決方案。FIDAP採用完全非結構化格線，可以採用耦合和非耦合的數值方法。FIDAP提供了豐富物理模型，可以模擬非牛頓流變、熱輻射、多孔介質中的流動、化學反應和其它複雜的現象。

4.Fidap軟體是基於有限元方法和完全非結構化格線的通用CFD求解器。適合解決從不可壓縮 流到中等程度的可壓縮流動問題。新版本的FIDAP增加了流固耦合功能，可以分析由流動引起的結構回響問題。

特點

通用建模能力

¨ 二維平面、二維軸對稱、帶旋流的二維軸對稱流動以及三維流動問題

¨ 穩態和瞬態流動分析

¨ 蠕變流、不可壓縮流、中等程度的可壓縮流

¨ 層流、轉捩及湍流流動

¨ 牛頓流體和非牛頓流體

¨ 傳熱模型包含自然對流、強迫對流和混合對流、液/固耦合傳熱和輻射模型

¨ 化學組分混合及化學反應，包含燃燒子模型和表面反應模型

¨ 相變模型（適用於固定格線和可變形格線）

¨ 自由表面運動（適用於固定格線和可變形格線模型）

¨ 用於離散相（粒子/液滴/氣泡）的拉格郎日軌跡計算，包含與連續相的耦合

¨ 多孔介質模型，它可以各向異性的滲透性和慣性阻尼

¨ 集總參數模型，如風扇、通風孔

¨ 熱量、質量、動量、化學組分的體積源

¨ 慣性參照系或非慣性參照系

格線能力

¨ 四邊形、三角形、六面體、四面體、三角柱（楔形及其混合格線類型）

¨ 線性和二次插值格線

¨ 罰函式逼近和離散化壓力（兩者組合）

對於組合的情形連續和間斷壓力模型都可供選擇

¨ 等階和不等階離散化

¨ 輸入I-DEAS和PATRAN的格線

¨ 將流場變數從一種格線插值到另一種格線上

數值方法

¨ FIDAP提供兩種主要的求解方法選項，它們具有以下共同特徵：

基於有限元方法，並且使用完全非結構化格線

適用於所有速度範圍

可支持動態的記憶體分配

¨ 全耦合求解方法同時計算所有的自由度，它有三種不同的變化：

Newton-Raphson法

修正的牛頓法（Modified-Newton）

Quasi-Newton方法，Broyden方法的改進

¨ 使用直接Gaussian消去法求解上述方法產生的線性方程組

¨ Segregated算法以順序方式單獨地計算每一個自由度。它具有以下特徵：

Jacobi變數允許在單個單元掃描時構造多於一個自由度的係數矩陣

單元掃描的向量化

具有沙漏修正的單點求積分

簡化模板體系，它可以減小非對稱總體系數矩陣的大小

單精度或雙精度存儲總體系數矩陣

¨ 為了求解線性方程組，Segregated方法使用直接Gaussian消去法或以下疊代方法：

非對稱系統的GMERS或共軛梯度自乘

對稱系統的共軛殘差或共軛梯度

瞬態求解算法

¨ 顯式和隱式時間積分器可供選用的

¨ 對於隱式時間步逼近：

一級精度（backwardEular）或二級精度(trapezoidal rule)

¨ 由截斷誤差控制的自動時間步增量

也可以選用固定時間步選項

自由表面模型

FIDAP包含兩類自由表面模型：變形格線和固定格線。自由表面問題可以是層流問題，也可以是湍流問題。

1. 變形格線能力

①適合於模擬外部自由表面，內部流體/流體之間的界面，具有給定運動的邊界，純單一材料熔化/凝固

表面

②任意的拉格朗日歐拉描述(ALE)

③可以包含表面張力

④動態和靜態接觸線

⑤2D、2D軸對稱及3D自由表面

2.固定格線能力

①體積組分模型（VOF模型）

②適用於不規則或大變形的自由表面（例如：填充、液面晃動、渦破碎）

③表面張力

④2D、2D軸對稱及3D自由表面)

典型套用半導體行業

可以模擬化學蒸汽沉積（CVD）、晶體生長，熔爐設計、輻射傳熱等；

生物醫學方面 生物器官和人造組織內的血液流動；醫療器械內部的流動分析，如歧管和收縮管中的流體問題；淨化處理過程；生物器官內的空氣流動。

冶金行業 可以模擬澆鑄過程的相變以及穿過縫隙時溫度跳躍，鋁的擠出過程，澆口盤內的對流，電解池分析。

玻璃套用方面 可以模擬熔融玻璃的流動，熔爐設計，電加熱及玻璃的澆注。

環境工程方面 可以模擬空氣污染物的傳輸、地下水流動、地下流體溢出、水處理和淨化、氮氧化物的排放。

食品行業 巴氏消毒法和無菌加熱處理研究，烤箱設計，食品解凍和冷藏過程，食品塗層問題，微波加熱和電阻絲加熱。

汽車行業 可以模擬外流，計算阻力、升力和力矩，氣溫控制系統布局，發動機內的燃燒和流動問題，輻射器設計以及管道、閥門、泵、短艙、過濾器內流動問題，震動吸收等。

化工行業 可以模擬反應器中流動，傳熱傳質，化學反應；混合罐的攪拌性能分析，乾燥、蒸發和冷凝過程分析。

湍流模型

1.代數混合長度模型：自動混合長度計算用戶定義混合長度計算

2.多個k-ε模型選項，包括標準k-ε，各向異性k-ε，RNGk-ε模型、擴展的k-ε模型

3.Wilcox低雷諾數k-ε模型三種渦粘性模型：

①Boussiesq各向同性渦粘性模型

②Speziale各向異性渦粘性模型

③Launder各向異性渦粘性模型

4.對近壁單元採用特殊形函式可以精確地模擬非平衡壁面效應¨表面粗糙度模型

化學和燃燒模型

1.基於多組元輸運方程的公式表達，包含擴散和反應源項。

2.有限速率化學反應，反應數量不受限制、ExtendedArrhenius（內置方法）、用戶定義子程式。

3.15種組元¨體積相或表面反應。

4.湍流與化學反應相互作用：代數渦破碎模型、輸運渦破碎模型、渦擴散模型、熱擴散。

輻射傳熱

可以選用兩種輻射模型：

1.基於空腔原理盒子理論的表面到表面的輻射在模擬之前視線因子（包含影子效應）計算一次P-1輻射模型

2.兩種模型都可以模型化灰色漫射和非灰體表面¨與溫度相關的發射率¨非灰體發射率

拉格朗日分散相模型

1.粒子、氣泡、液滴在低體積組分下的軌跡計算（穩態流動）

2.與連續相耦合的動量傳遞及傳熱傳質¨用於非蒸發粒子的多項式和冪定律阻力模型¨針對蒸發粒子的附加阻力模型

3.用戶可以指定初始位置、速度、溫度、大小、揮發/濕度以及粒子的化學組成¨考慮湍流對粒子軌道影響的隨機模型

4.Standard-normal及long-normal的粒子大小分布

5.粒子的邊界條件有多種選項，包括具有恢復係數的反彈、吸附、逃逸

6.在流體和分散相之間的傳熱傳質

7.液滴的蒸發¨濕粒子的乾燥

8.詳細報告粒子的位置、速度、溫度、直徑和滯留時間

9.根據用戶定義的子程式來指定阻力係數、力、注射的位置/速度、邊界條件、傳熱傳質

邊界條件

¨可以指定多種入口/出口邊界條件 笛卡爾坐標系、柱坐標系或局部坐標系形式的入口速度法向/切向應力
多組元流動中進口質量組分或組元的質量通量入口流體的靜溫 　入口湍動能和耗散率（也可以選擇湍流強度和長度比例）¨Outflow邊界條件¨吸氣/排氣風扇(fan)¨吸氣/排氣孔(vent)
¨壁面邊界條件，可以附加指定：
笛卡爾分量形式或旋轉速度形式的切向速度
剪下應力，包含滑移條件(Navier滑移，Coulomb摩擦)
熱邊界條件，可以指定熱通量、溫度、外部對流、輻射或者是以上條件的混合通過計算包括壁面粗糙度在內的特定的壁面函式來計算湍流的剪下應力¨包括表面張力的自由表面¨指定運動的表面 　¨指定空間X、Y、Z多項式函式的邊界分布¨隨時間函式曲線變化的邊界條件
¨對稱邊界條件、旋轉周期邊界、平移周期邊界¨軸對稱邊界條件