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工业技术软件
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热流体管网分析软件Flow System
功能模块
稳定的核心求解器
内嵌的统一数据库
内嵌国内/国际元件计算标准

     在管网系统设计中,工程师可以在即用型组件的经验模型中选用以D.S.Miller的《Internal Flow Systems》为代表的一系列流损计算标准,以快速建立管网系统数字模型。这些经验模型是基于长期的工业规模验证的高度准确的模型。

丰富的元件库和工质库

      FS内置丰富的通用元件库,包含阀门、管道、换热器、泵、阻力元件、孔口元件、共轭传热、监测元件等15大类130种元件,能基本满足工业领域众多行业用户的热流体系统建模需求。软件提供元件库的二次开发接口,可增加用户特定类型的元件模型。  

       在后续开发中,太泽科技将不断拓展元件库与工质库,致力于软件的持续成长和应用边界的持续延伸。


灵活的后处理功能

FS灵活的后处理功能帮助工程师从不同维度和视角获得多元信息,从而做出高质量的关键决策。FS支持多种形式的后处理,包括:

1.元件的参数浮动显示

2.元件的参数Output显示

3.文本报告及导出

5.曲线及导出

6.云图

     对于热流体系统中的关键元件或复杂特殊元件(如泵、压气机、换热器、蒸汽发生器…),FS可为利用基于AI的数据校准功能为用户提供高精度模型。通过引入试验数据或CFD数据,FS将这些元件的经验模型予以自动校准,从而得到具有高度准确性和强大性能预测能力的新模型。可以为用户提高系统仿真的精度,并节约大量用于试验测试的宝贵时间。

      FS内嵌的优化模块是基于AI的第四代智能优化系统。在设计阶段,工程师可以自行选择设计变量、设计约束与设计目标,优化模块将能自动训练机器学习模型用于自动迭代,并以极快的收敛速度为用户寻找全局最优方案。在多目标优化决策中,优化模块还可提供多个优化方案供用户自行选择。

     对于复杂流体网络动辄成千上万的设计变量,第四代智能优化技术能够轻松解决传统优化技术难以克服的维度灾难问题,并提供数据集的权重、筛选和敏感系数,辅助工程师做出数据驱动类的决策。

     相较于传统的管网仿真软件,FS具备领先的流固耦合传热仿真能力。在构建传热网络时,FS可将固体作为计算节点纳入仿真,与环境节点、导热体共同作用,从而解决固体间热传导、固体间热辐射、固体-环境传热、流固耦合传热等问题的计算。这对于进行流体管网系统复杂的传热分析提供了极大的便利。

功能模块接口(FMI)

1D-3D CFD联合仿真

降阶模型(ROM)

数字栾生技术-管网系统调控策略优化

管网系统快速建模

管网系统现场辅助调试及控制策略优化


现场辅助调试:

      对于复杂的流体管网系统进行安装调试时,现场技术人员通常需要花费大量时间手动调节系统设置以确保整体的参数指标达到要求。而借助FS在计算机内搭建的系统仿真模型,工程师可以虚拟地调节阀门开度、各种元件型号、工作参数等,将需要花费数周的实际系统现场调试工作时间缩减到只需几小时。

       为了进一步提高模型的计算速度和模型的部署方便性,对于核电管网系统这样由数以千计的流体元件构成的复杂系统,可通过仿真模型提前对复杂管网系统建立关键测点流量、压力对于孔板型号、阀门开度等关键调试参数的小样本采样计算,然后构建降阶模型(ROM),将这个ROM部署到手机、Pad等便携式设备上,即可在现场以数秒至数分钟完成一次虚拟调试。

控制策略优化:

     FS还可以根据调控目标和相关变量、约束建立基于机器学习的调控策略优化模型,无需手动试参,利用优化模型一步到位选取合适的控制参数,从而更高效地完成现场工作。

     这一技术可以广泛地应用于核电站调试、航空发动机试验系统试验工况的调控、消防管网调控等领域。

消防管网系统仿真

数字孪生技术-管网系统运维辅助预警决策

Flow System的优势与价值

应用实例

1、复杂流体管网系统仿真优化一体化

通过智能优化模块与设计辅助功能,帮助用户完成从建模-仿真-手动优化的设计流程向智能一体化仿真设计的跃进,大大提高设计效率。

2、数据与仿真双轮驱动

借助独有的数据校准功能,将原本割裂的试验数据与仿真设计真正融合在一起,提高仿真精度,缩短了设计迭代的流程。

3、数字资产沉淀与知识复用

以先进的数据库技术为载体,FS能将用户成功设计与最佳实践、试验数据与仿真数据、封装模型与调参经验以数字资产的形式沉淀下来,是一款随着时间积累自动成长,越用越“趁手”的工具。

4、从设计研发至调试运维纵向贯通

通过构建管网系统的数字孪生体,FS形成了从设计到应用场景的闭环,既能帮助终端用户以虚拟方式提高调试效率、完善运维决策,又能成为设计单位与终端用户沟通、设计迭代的数字媒介。

5、完全国产自主知识产权

太泽拥有FS的完全自主知识产权,避免了用户遭受国际制裁,在这一关键领域工业软件被“卡脖子”的风险。

      对于已经处在运行状态的复杂管网系统,工程师可以在FS中建立系统实体对应的数字仿真模型,构成数字孪生体系,通过数据链路将传感器采集到的管网实时信息程序化输入到数字仿真模型,以对设备进行自主化风险分析评估,生成绑定相应数据信息与现实站场精准映射的数字化站场。用户同时可在交互窗口使用站场三维浏览、设备信息查询、设备状态趋势、设备实时监控、设备风险评价和检验维修措施等功能,从而做出合理的运维决策。

     与现场调试类似,在运维系统中我们也可以应用降阶模型(ROM)以满足运维对实时性、快速响应的要求。

独有的智能数据校准功能

基于AI的第四代智能优化技术

流固耦合传热

      同时,FS也集成了工质物性库,可对流体进行真实物性计算,另外软件中还添加了涉及核电、航空等领域中用到的特殊的流体物性,如海水、硼酸溶液、重水、航空煤油、润滑油等。软件还可以对不同流体进行任意混合,并对其进行热力学和流体力学性能计算。
      FS通过建立流体网络内所有节点上的连续方程、能量守恒方程、组分守恒方程与各支路上的动量守恒方程,再结合相应状态方程,构建了通用流体管网的数学模型。在开发过程中,所有数学模型都经过公开文献的严格测试,以确保结果的准确性和一致性。

      FS内嵌有稳健的统一数据库,该数据库是一个可放置在网络上的、具有版本控制功能的数据存储中心;工程师通过数据库可方便地保存和重复使用已有设计模型、测试数据、几何模型以及自定义函数。

      所有设计过程中的参数都能借助数据库完成自动完成,无需手工调取,保证数据传递过程的准确无误。

      FS的数据库还具备极高的开放性和扩展性,允许用户自行创建数据记录类型并通过脚本指定属性,帮助工程师高效地开展工作。

      热流体管网系统仿真软件 Flow System(简称FS)是一款完全自主开发的热流体管网系统仿真与优化软件,由太泽资深科学家和工程师团队历时多年打造,并且根据中国工业的特色需求仍在不断地成长和完善中。该软件可用于核电、船舶、航空、航天、燃机、汽车、消防、暖通等领域中由众多流体部件组成的复杂热流体管网系统的设计与运维。
     借助FS软件,工程师能够以虚拟方式对管网系统中流体的流动和传热情况进行仿真分析和优化设计,从而确保设计出安全和高性能的复杂流体管网系统,并在很大程度上减少真实物理试验次数,节约成本缩短周期。
     FS软件的诞生意味着我国高端制造业在热流体管网系统仿真分析与优化设计上,有能力打破欧美的技术封锁,保证国内企业核心设计技术与数字资产安全。

     为了实现复杂系统的协同仿真,将不同学科的模型集成到一个系统中进行设计、模拟和分析,FS内嵌了国际上通用的模型标准接口FMI(Functional Mock-up Interface);与 FMI 标准对应的模型称为 FMU(功能模拟单元)。FS既可将诸如CFD模型、FEA模型等以FMU的形式通过FMI接入管网模型实现多物理场的协同仿真,也可将管网模型导出为FMU接入其他系统进行协同求解。

      通过嵌入式的CFD模块或借助功能模块接口(FMI)与其他CFD软件连接,FS将可以开展1D-3D的联合仿真,用以更详细地解决系统的关键部分。FS能够自动将边界条件和元件参数传递给CFD软件,同时也能将CFD的详细结果降维传回用于系统分析或改善元件经验模型。

      模型降阶是一类将高特征维度的复杂系统通过神经网络或统计学/数学方法降低特征维度从而形成简化系统模型的方法,其生成的简化模型称为降阶模型(Reduced Order Model)。

   降阶模型(ROM)具有快速响应,占用计算资源少的特性,可以满足:性能快速预测、优化设计、全生命周期故障预测与健康管理等需求。

   对于流体管网系统,可以将关键部件的CFD仿真数据或试验数据训练为降阶模型插入流体管网中,其计算精度远高于经验模型,又不需占用大量计算资源,可以很好地满足详细设计的需求。或者可将部分管网子系统封装成保留数个输入输出接口的子系统降阶模型,封装后的子系统可以作为高精度的“构建块”保留在数据库中,方便随时调用。还可以将整个管网系统训练成数个关键输出对于数个关键输入的ROM响应模型,可用于现场调试、运维实时仿真等领域。

      对于复杂的流体管网系统,现场技术人员通常需要花费大量时间手动调节系统设置以确保整体的参数指标达到要求。而借助FS在计算机内搭建的系统仿真模型,工程师可以虚拟地调节阀门开度,元件型号,工作参数等,将需要花费数周的实际系统现场工作时间缩减到只需几小时。

     FS的热流体系统几何导入、快速建模功能可以为工程师节约超过90%用于构建系统仿真模型的时间。只需简单的几步操作,FS就能将P&ID(管道和仪表图)、管道等轴测图或原生3D CAD模型导入并自动创建模型。让工程师能够专注于更有价值的设计创新和关键决策。

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