Главная > Разработки

Разработки

Frost 3D Universal — программный комплекс для моделирования теплопереноса в грунтах с учётом фазовых превращений

Программный комплекс Frost 3D Universal позволяет получать научно-обоснованные прогнозы тепловых режимов многолетнемерзлых грунтов в условиях теплового влияния трубопроводов, добывающих скважин, гидротехнических и других сооружений с учетом термостабилизации грунта. Программный комплекс разработан на основе десятилетнего опыта компании Simmakers в области программирования, вычислительной геометрии, численных методов, трехмерной визуализации и распараллеливании вычислительных алгоритмов.

 

Frost 3D Universal сертифицирован в Российской Федерации и соответствует стандартам:

  • РСН 67-87
  • СНиП 2.02.04-88
  • СП 25.13330.2012
  • СП 11-105-97
  • СП 50.13330.2012
  • СП 23-101-2004
  • СП 61.13330.2012
  • СП 41-103-2000

Системные требования

OS: Windows 7, 8

Toolkit: .NET Framework 4.5

CPU: Intel на базе x86 или x64 архитектуры

RAM: 4 Gb

Video: 1 GB, Shader Model 4.2, графический адаптер nVidia

HDD: 500 MB свободного места

Доступ в интернет

Расчеты на многомиллионных сетках можно выполнять на обычных персональных компьютерах!

Принцип работы с программой

 

1. Создание расчетной области и задание начальных и граничных условий.

 

Расчетная область для трубопровода 1 км со сложным геологическим строением

 

2. Построение расчетной сетки

Анализ качества дискретизированой расчетной области

3. Работа с базой данных материалов, физических свойств и условий теплообмена

 

Задается состав, криогенное строение, физико-механические, теплофизические свойства грунтов

 

Задание температуры окружающей среды в базе данных

4. Анализ трехмерного распределения температур, льдистости, фильтрационных потоков в 3D

 

Распределение температур после 10 лет эксплуатации трубопровода

 

5. Анализ результатов в сечении

Распределение теплового поля вблизи трубопровода через 10 лет в сечении YZ

 

Основные функциональные возможности Frost 3D Universal:

  • создание трехмерной геометрии расчетной области с учетом рельефа поверхности и геолого-литологического строения грунтов;
  • создание трехмерной геометрии трубопроводов, добывающих скважин, оснований и фундаментов сооружений;
  • импорт трехмерной геометрий объектов в форматах Wavefront (OBJ), StereoLitho (STL), 3D Studio Max (3DS) и Frost 3D Objects (F3O);
  • ведение базы данных теплофизических свойств грунтов, материалов строительных объектов, климатических факторов и параметров охлаждающих устройств;
  • задание теплофизических и гидрологических свойств для трехмерных геометрических объектов, и условий теплообмена на поверхностях объектов
  • расчет распределения температур и содержания незамерзшей воды в расчетной области с учетом фазовых превращений и конвективного переноса тепла;
  • расчет фильтрации грунтовых вод;
  • визуализация тепловых полей, содержания незамерзшей влаги и скорости фильтрации в трехмерном пространстве в динамике;
  • возможность визуализации тепловых полей и содержания незамерзшей влаги в сечении цветовым распределением и изолиниями;
  • возможность построения графических зависимостей изменения температуры и содержания незамерзшей влаги от координаты или времени.
Исходные данные для выполнения теплотехнических расчетов в программе Frost 3D Universal:

1) Данные для построения трехмерной геометрической модели рассматриваемой области моделирования:

а) инженерно-геологическое строение грунтов;

б) чертеж строительных объектов и расположение теплоизоляционных материалов.

 

2) Теплофизические свойства грунтов: теплопроводность и объемная теплоемкость в талом и мерзлом состоянии, плотность, температура начала фазового превращения, суммарное влагосодержание, зависимость содержания влагосодержания от температуры

 

3) Теплопроводность, теплоемкость и плотность строительных материалов, включая теплоизоляционные материалы

 

4) Вертикальное распределение температуры в грунте на начало прогноза (данные по термометрической скважине).

 

5) Метеорологические данные: изменение температуры воздуха, скорости ветра на поверхности, изменение толщины снежного покрова во времени (если необходимо учесть влияние толщины снежного покрова).

Расположение термосифонов при термостабилизации

 

Охлаждение грунта термостабилизаторами

 

Трехмерная модель расчетной области

Трехмерная модель расчетной области

Распределение температуры (срез плоскостью y=0)

Распределение температуры (срез плоскостью y=0)

Распределение температуры (срез плоскостью y=0) в виде изолиний

Распределение температуры (срез плоскостью y=0) в виде изолиний

Влагосодержание (срез плоскостью y=0)

Влагосодержание (срез плоскостью y=0)

Преимущества Frost 3D Universal:

  • в основу положены современные научные достижения в области численных методов и математического моделирования процессов тепломассопереноса;
  • вычислительные алгоритмы программы Frost 3D Universal распараллелены под многоядерную 64-х разрядную архитектуру CPU и GPU, что позволило увеличить скорость расчета в десятки раз по сравнению с последовательными вычислительными алгоритмами;
  • является уникальным программным решением, учитывающим особенности процесса термостабилизации вечномерзлых грунтов с помощью охлаждающих устройств;
  • позволяет производить долгосрочное прогнозирование растепления многолетнемерзлых грунтов больших расчетных областей (километры);
  • учитывает влияние динамики изменения толщины снежного покрова и интенсивности солнечной радиации на температурный режим грунтов;
  • возможность изменения теплофизических свойств и условий теплообмена в процессе расчета;
  • расчет фильтрации грунтовых вод;
  • учитывает конвективный перенос тепла за счет фильтрации грунтовых вод

 
 

Платформа для разработки инженерных приложений Simmakers CAE Platform©

 

Программная платформа Simmakers САЕ Platform© предназначена для создания программных комплексов, осуществляющих численное моделирование различных физических и технологических процессов и их трехмерную визуализацию. В составе программной платформы реализованы библиотеки и алгоритмы, которые осуществляют построение трехмерных геометрических объектов, создание трехмерной расчетной сетки, ввод и редактирование начальных и граничных условий, визуализацию скалярных и векторных величин в виде цветового распределения и изолиний, ввод системных и внесистемных единиц измерения с их автоматической конвертацией, построение графических зависимостей, чтение файлов с геометрической информацией различных форматов.

 

Программная платформа состоит из следующих модулей:

 

  • исполняемая оболочка;
  • среда проектирования расчетной модели;
  • модуль импорта геометрической информации;
  • модуль построения расчетной сетки;
  • модуль построения графических зависимостей;
  • модуль работы с единицами измерения;
  • модуль подключения и запуска механизма расчета;
  • модуль трехмерной визуализации.


 

Функциональные возможности программной платформы

 

С применением механизмов Microsoft.Net платформа позволяет загрузить специальную среду проектирования, предназначенную для построения и моделирования расчетного объекта в двух и трехмерном пространстве.

Графический редактор объектов имеет следующие функциональные возможности:

  • построение, редактирование и аффинные преобразования любых двумерных геометрических фигур;

  • загрузка и масштабирование изображений в качестве подложки;
  • в случае моделирования геологических объектов — построение площадки по изолиниям, скважинам и разрезам;
  • создание 3D объектов при помощи использования алгоритмов интерполяции/экстраполяции, триангуляции и специализированных алгоритмов построения трехмерного объекта по проекциям;
  • средства отображения списков построенных элементов и их свойств в виде набора отдельных окон.


 

Среда проектирования для работы с трехмерной геометрией содержит следующие функциональные возможности:

 

• аффинные преобразования любых трехмерных геометрических фигур (совместно и раздельно);

• загрузка сторонних геометрий известных CAD форматов;

• анализ граней, ребер и корректность геометрических фигур;

• выделение граней и всех геометрических фигур для задания начальных и граничных условий;

• управление цветом и прозрачностью любой геометрической фигуры;

• средства навигации и управления свойствами геометрий через специальные окна.

 

Simmakers САЕ Platform© предоставляет единый механизм создания проектов, сохранения состояний платформы и постпроцессинга данных.

 

Платформа позволяет создавать, а также подключать сторонние расчетные механизмы при помощи модуля подключения и запуска механизма расчета. При этом достаточно согласовать модель ввода/вывода данных, а все остальные механизмы (отображение результатов, запуск расчета, передача параметров расчета) будут автоматизированы модулем подключения.

 

Дополнительные элементы управления, доступные в рамках платформы, позволяют отображать различные виды графических зависимостей, создавать окна, содержащие области вывода трехмерной графики. Указанные возможности доступны всем внешним подключаемым модулям.

Требования к операционной системе:

 

Microsoft Windows XP (SP3 x86, x64), Windows 7 (x86, x64), Windows 8 (x86, x64)

 

Технические требования для работы с САЕ комплексами, созданными на основе Simmakers CAE Platform©:

 

• наличие Microsoft.NET Framework 3.5;

• наличие OpenGL 4.2;

• процессор c Intel x86-совместимой архитектурой. Видеоадаптер nVidia и ATI поддерживающие Shader Model 4.0 и

выше;

• объем оперативной памяти – не менее 2 ГБ;

• объем свободного места на жестком диске – не менее 1 ГБ.

 
 

Программный комплекс для моделирования теплофизических и динамических процессов при термообработке


 

Программный комплекс Thermosim позволяет определить оптимальные параметры закалки (скорость нагрева и охлаждения, время выдержки в среде нагрева и охлаждения) для получения заданной твердости и фазовой структуры обрабатываемой детали. Результатами применения программного комплекса являются повышение качества готовых изделий, сокращение производственных затрат и снижение количества брака.

 

Основные функциональные возможности:

• 3D моделирование полей температур, напряжений и дефор-

мации;

• компьютерное моделирование формирования фазовой

структуры и твердости;

• учет релаксации напряжений и влияния фазового состава на

теплофизические свойства в процессе расчета;

• прогнозирование трещинообразования.

 

Исходными данными для процесса моделирования являются:

• трехмерная геометрия детали;

• теплофизические свойства материала детали;

• диаграмма фазовых превращений материала детали;

• параметры режима закалки.

  

 

Поддерживается импорт следующих форматов геометрических данных: OBJ, STL, OUT, T9, mphtxt. Это делает продукт совместимым с большинством современных CAD систем: Pro/ENGINEER, AutoCAD, SolidWorks, Autodesk 3ds Max, T-FLEX.

 

Свойства материала детали выбираются из интегрированной базы данных материалов, либо задаются пользователем вручную. Для каждого материала, содержащегося в базе данных, определены зависимости теплоемкости, теплопроводности и плотности от температуры, термокинетическая диаграмма фазовых превращений.

 

Параметрами режима закалки, учитываемыми при моделировании, являются скорости нагрева и охлаждения, которые вычисляются исходя из заданной пользователем среды нагрева и охлаждения.

 

Программный комплекс позволяет анализировать результаты моделирования сформированных полей: температур, фазового состава, твердости, напряжений и деформаций. Результаты распределения цветовых полей отображаются в трехмерном виде в динамике, с возможностью произвольного сечения детали. Пользователь имеет возможность построить графики изменения температуры, фазового состава, напряжений и деформаций во времени в произвольной точке детали.

 

Достоинства программного комплекса:

• разработан на основе современных научных достижений в области математического моделирования процессов

теплообмена и фазовых превращений;

• является специализированным решением с учетом особенностей технологического процесса закалки и производства

заказчика;

• позволяет выполнять моделирование с целью нахождения наиболее эффективных режимов технологического про-

цесса;

• позволяет определить с учетом различных подходов аппроксимации необходимые свойства материала с произволь-

ным химическим составом на основании доступной информации о свойствах других материалов близкого химическо-

го состава;

• оснащен интуитивно понятным пользовательским интерфейсом.

 
 


Программный комплекс для моделирования процесса переноса тепла, влаги и растворимых веществ в почвах и грунтах


 

Разработанный программный комплекс Ecoview позволяет осуществить компьютерное моделирование тепло- и влагопереноса в почвах и грунтах, распространения загрязняющих веществ в окружающей среде с целью дальнейшей минимизации экологических рисков.

 

В процессе работы с программой у пользователя имеется возможность создавать материалы почвенных горизонтов, определять их мощность и характеристики, задавать изменение во времени метеорологических условий окружающей среды. База данных материалов содержит гидрологические и теплофизические свойства почв и грунтов, определяемые гранулометрическим составом, физико-химическими характеристиками грунтов, кислотностью, влажностью и содержанием органических веществ.

 

На основании задаваемой пользователем геометрии области моделирования и физических свойств почв и грунтов, программный комплекс осуществляет вычисление:

• распределения температуры;

• распределения содержания влаги;

• давления жидкости и водяного пара;

• скорости движения влаги;

• концентраций растворимых и адсорбированных веществ.

Ecoview

Программный комплекс востребован при решении следующих прикладных задач:

• оценка риска загрязнения грунтовых вод токсичными веществами, в том числе нефтепродуктами;

• анализ попадания нефтепродуктов, пестицидов и других загрязняющих веществ в водные системы за счет поверх-

ностного стока;

• прогноз экологических последствий мероприятий по регулированию процессов переноса загрязняющих веществ в

почве;

• анализ закономерностей формирования водно-солевого режима орошаемых почв;

• оценка поступления тяжелых металлов и других токсичных веществ в растения;

• долговременное прогнозирование миграции различных загрязняющих веществ в почве и грунтах, что обеспечива-

ет поддержку принятия управленческих решений при оценке возможных экологических рисков.