scSTREAM

scSTREAM yazılımının genel amacı yapısal çözüm ağı kullanarak (Kartezyen ve ya silindirik) termal akışkan analizi gerçekleştirmektir. scSTREAM ilk piyasaya sürüldüğü tarih olan 1984 yılından beri birçok ticari uygulamada sıkça kullanılmıştır. scSTREAM yazılımının her geçen yıl yetenekleri artırılmakta ve böylece uygulama alanları genişlemektedir. Nisan 2005 de lisanslı scSTREAM yazılımının kullanıcı sayısının 1000’nin üzerinde olması alanında ne kadar başarılı bir yazılım olduğunun göstergesidir.

Özellikler:

scSTREAM yazılımında, yapısal çözüm ağı kullanılması çözüm ağı oluşturmaya harcanan zamanı ve hesaplama zamanını oldukça düşürmüştür. scSTREAM yazılımının performansı, özellikle hassas geometrik eğrilerin yeniden modellenmesine gerek duyulmayan uygulamalarında oldukça yüksektir (Hassas geometrik eğrilerin yeniden modellenmesi, akış yapısının kesin olarak bilinmesi istenen uygulamalarda gereklidir).

Termal akış analizlerinde genellikle ayrıklaştırma yöntemi için sonlu hacimler yöntemi tercih edilir. scSTREAM yazılımında da sonlu hacimler yöntemi ayrıklaştırma işlemi için kullanılmaktadır.

scSTREAM ile 1 milyon çözüm ağına sahip bir model 300 MB’dan az bir bellek kullanarak çözülebilir. VB arayüzü ve kullanıcı fonksiyonlarının tablo verileri halinde girilmesi gibi birçok faydalı özelliği kullanıcı arayüzünün verimliliğinin bir göstergesidir.

Ağırlıklı olarak dikdörtgensel şekilli çok parçalı modellerin simülasyonun da tercih edilir. Geometrideki herhangi bir eğri veya eğim, “stair step approximation shape” yöntemi kullanılarak modellenebilir. Ayrıca bu tarz bir modelleme akış alanında ve termal iletkenlikte bir bozulmaya neden olmaz. Elektronik parçaların soğutulması, havalandırma sistemleri ve havanın çevresel değerlendirmesi üzerine örnekler mevcuttur. İşlem ve hesaplama süresinin geometrik doğruluğa tercih edildiği uygulamalarda özellikle tavsiye edilir.

ÖN İŞLEMCİ (PREPROCESSOR)

scSTREAM ön işlemcisi verilerin hesaplanmadan önce düzenlenmesi için kullanılır. Geometrinin oluşturulması, çözüm ağının oluşturulması, sınır koşulları ve malzeme özelliklerinin tanımlanması için scSTREAM ön işlemcisinden yararlanılır. scSTREAM ön işlemcisi kolay anlaşılabilir ve arayüzünün kullanımı oldukça kolaydır.

Çözüm Ağı Oluşturulması

scSTREAM yapısal bir çözüm ağından faydalanmaktadır (Kartezyen ve silindirik koordinatlar). Otomatik olarak çözüm ağının oluşturulmasına imkân sunmaktadır. Bunu gerçekleştirirken standart uzunluk ve benzer parçalarla çalışırken zaman tasarrufu sağlayan geometrik orantıdan yararlanmaktadır.

Deformasyon Fonksiyonu

Geometrinin karmaşıklığına bağlı olarak çözüm ağı eşit olarak dağıtılamayabilir veya otomatik çözüm ağı oluşturucu fonksiyonlarının kullanılması istenebilir. Eşit olmayan bir çözüm ağı dağılımının ve orijinal geometrinin yanlış tanımlanmasının önlenmesi için çözüm ağı oluşturulmadan önce geometri merdiven kalıplı bir şekle dönüştürülür. Bu fonksiyon kullanıcıya kesin çözüm ağı yerlerini tanımlamasına olanak tanır. Ayrıca uygun yüzey alanının ve hacminin çözüm ağı oluşturulmasından sonra korunmasını mümkün kılar.

Ayarlar

scSTREAM birçok farklı fiziksel fenomeni simüle etme kabiliyetine sahip genel-amaçlı termal akışkan analizi yazılımıdır. Çok-amaçlı CFD yazılımlarının kullanımı çok karmaşık ve zordur. Bu karmaşıklığı hafifletmek için scSTREAM yazılımı iyi organize edilmiş yükleme araç çubuklarına sahip navigasyon sitemini ve diyalog kutularını bir araya getirmiştir. Diyalog kutuları, kullanıcının basit özelliklerinden gelişmiş ayarlara rahatça gezinmesine olanak tanır. scSTREAM yazılımının bu özellikleri, kullanıcının kritik hatalar yapmasını büyük ölçüde azaltır.

CAD Dosyasının Yüklemesi

scSTREAM yazılımına elektronik kartların model geometrisi 3D CAD (Parasolid(X_T), STEP(.stp), STL, DXF) ve IDF verisi olarak aktarılabilir. scSTREAM ön işlemcisinden yararlanarak geometri basitleştirilebilir, boyuta göre batch silinebilir ve klik-seçmeli silme işlemi (özellikle az ve ya çok parçalı karmaşık CAD dosyalarında faydalıdır) yapılabilir.

CAD dosyalarının yüklenmesi sırasında parçaların pozisyonları, boyutları yapılmak istenilen simülasyona göre ayarlanabilir.

scSTREAM Ön İşlemcisi Fonksiyon Listesi

Modelleme

CAD veri arayüzü

Parasolid(X_T), STEP, STL, DXF(3Dface), XGL, NASTRAN, IDF

Elektronik parça şablonu

Cuboid, Hexagon, Cylinder, Cone, Sphere, Polygon, Inclined Plate, Panel(Orthogonal, Quadrilateral, Inclined), Housing, Board, Radiator Fin, Pin Fin, Card Guide, Slit Punching, Clipping, Fan(Rotating, Cross-Flow)

Model ayarları

Fare kullanarak 3 boyutlu düzenleme, grip-snap fonksiyonuDiyaloglarla detaylı ayarlamalar, bağıl koordinatlar

Geometri eklemesi

Boolean operasyonları (add, subtract, multiply, cut by plane, fill hole)Basitleştirme (hexagonalize, cylindricalize, line up parts)Küçük geometrilerin temizlenmesi

Managing parçaları

Parça kütüphanesinin kaydı

Çözüm Ağı Oluşturma

Otomatik çözüm ağı

Otomatik belirli sayıda çözüm ağı oluşturma

Otomatik az gelişmiş çözüm ağı

Parça şekillerine dayalı az gelişmiş çözüm ağı oluşturma

Çözüm ağı genişliğinin kontrolü

Minimum çözüm ağı genişliğinin belirlenmesiParçalar etrafındaki çözüm ağı genişliğinin belirlenmesi

Çözüm ağları arasında alt bölüştürme

Çözüm ağı sayısına ve genişlik oranına bağlı detaylı altbölüm ayarları

Durumlar

Wizard ile basit ayarlar

Başlangıç WizardDurum Wizard (Akı, Radyasyon, Basınç Kaybı, Kontak ısı transferi vb.)

ÇÖZÜCÜ (SOLVER)

Çözücü CFD program yapısının bir parçasıdır. Ön işlem aşamasında tanımlanan girdi (input) verileri, çözücü aşamasında akışkan/termal akış alanını hesaplamakta kullanılır. Kullanıcının sadece girdi verisini ismini ve yerini belirtmesi yeterlidir. Kullanıcı monitör fonksiyonundan yararlanarak hesaplama durumunu analiz boyunca gözlemleyebilir.

Yüksek Hızlı Hesaplama

scSTREAM analiz süresini kısaltmak için yüksek-hızlı hesaplama tekniğinden yararlanır. Yüksek-hızlı hesaplama tekniği büyük çaplı analizlerin kabul edilebilir süre zarfında çözümüne imkân tanır. Bunlara ek olarak bu teknik kullanılarak karmaşık CAD verileri minimum modifikasyon ile analize hazır hale getirilebilir.

— Hesaplama Hızı Örnekleri–

1) İç Ortam Isısı ve Sıcaklığı: 520.000 eleman 500 iterasyon: 1 saat 15 dak. (Pentium Xeon 3.06GHz)

2) Açık Hava Rüzgâr Ortamı: 2.210.000 eleman 200 iterasyon: 2 saat 43 dak. (Pentium Xeon 3.06GHz)

3) Tanktaki Kaynama Ortamı: 560,000 eleman 3000 iterasyon: 52 dak. (AthlonMP 2.13GHz)

Monitör Fonksiyonu

scSTREAM yazılımının Windows versiyonun da kullanıcı monitör fonksiyonundan yararlanarak analiz boyunca hesaplama işleminin gidişatını takip edebilir. Analiz süresince gerçek-zamanlı bilgi alınabileceği gibi analiz işlemi durdurulup hesaplama alanı içindeki hız ve sıcaklık gelişimleri hakkında da detaylı bilgiye ulaşılabilir. Batch işlemi istenilen herhangi bir zaman yeniden başlatılabilir.

Paralel Hesaplama

scSTREAM hesaplama süresini daha da kısaltabilmek için paralel çözücülerden yararlanır. Paralel çözücüler sayesinden elde edilen hız özellikle geniş kapsamlı, karmaşık modellerin ve sürekli olmayan (transient) problemlerin çözümünde avantajlıdır. Paralel çözücüler birçok farklı konfigürasyon içinde mevcuttur ve her bir operasyon sistemi (operating system) için optimum hale getirilmiştir. Paralel çözücünün Windows versiyonundaki arayüz standart Windows çözücüsündeki ile aynıdır. Kullanıcı paralel çözüm tekniği hakkında fazladan bir bilgiye sahip olmadan rahatlıkla bu çözüm tekniğinden yararlanabilir.

Çözücü Fonksiyonel Listesi

Çözüm Ağı

Yapısal çözüm ağı

Kartezyen veya silindirik koordinatlar

Yapısal olmayan çözüm ağı

Hareketli elemanlar

Nümerik Yöntem

Analiz metodu

Sonlu hacimler yöntemi,Hareketli elemanlar da sonlu elemanlar metodu

Basınç-düzenleme Metodu (SIMPLEC)

Konvektif terimlerin kesinliği

1st / 3rd order (QUICK) upwind scheme

Matris çözücüsü

JACOBI, SOR, MICCG, ILUCR, ILUCGS, FMGCG

Çözüm Ağı Bağlantılı Fonksiyonlar

Üçgensel prizma elemanlar

 

Açılış oranı, Sonlu hacim bölümü

 

Periyodik sınır koşulu

 

Fiziksel Modeller

Sıkıştırılabilir/Sıkıştırılamaz akış

 

Daimi durum/sürekli olmayan analizler

 

Türbülans modelleri

Standart k-ε , RNG k-ε , MP k-ε , Cebirsel stres modeli, Lineer düşük-Reynolds-Sayılı k-ε model (AKN modeli), Lineer olmayan düşük-Reynolds-Sayılı k-ε modeli (AKN modeli), Sıcaklı alanı iki-denklem (NK / AKN) modeli

Serbest yüzey

VOF metodu, MARS metodu

Termal analiz

İletim(katı/sıvı), Taşınım, Türbülans ısı transferi

Radyasyon

View factor metodu, Akı metodu

Hareketli eleman

 

Solar radyasyon

 

Nem/Yoğunlaşma

Buharlaşma miktarı, Gizli ısı

Hava koşullandırıcı modeli

 

Havalandırma etkinliği

Yaş, Katılım oranı

Difüzyon

SORET etkisi, Karşılıklı difüzyon,Özgül sıcaklıktaki değişim / Viskozite

Katılaşma/Erime

 

Marangoni taşınımı

 

Newton-uyumlu olmayan akışkan

 

Çoklu-akışkan akışı

 

Döner fan modeli

Eksenel, konik, merkezkaç

Parçacık izleme

Parçacık işaretleyici, Kütle parçacığı (türbülans difüzyonu ile)

Statik manyetik alan

Elektrik akımı analizi

Kimyasal reaksiyon

 

Yanma

 

Çoklu-faz akış analizi

MARS metodu

Poroz ortam

 

Isı iletim paneli

 

Kullanıcı-tanımlı fonksiyon

 

Hesaplama Kontrolü

Hesaplama durumu hakkında analiz sırasında monitör sitemi

İş yönetim fonksiyonu

Genel-amaçlı diğer birçok akışkan analizi yazılımında olduğu gibi scSTREAM programı da temel akışkan/termal problemlerin çözümünde gerekli olan ana fonksiyonları sağlıyor. Bunun yanında yüksek dereceli, karmaşık akışkan ve ısı transfer fenomenlerinin matematiksel modellerinde içermektedir.

Serbest Yüzey Analizi

scSTREAM yazılımı kullanılarak akışkanın serbest yüzey şeklini simüle edilebilir. MARS fonksiyonu kullanıcıya sıvıların birbiriyle olan etkileşimi hakkında bilgi verir.

Hareketli Obje Fonksiyonu

scSTREAM yazılımı kullanılarak objeler bağımsız olarak ortogonal gridlerin den hareket ettirilebilir. Hareketli objelerin akışkan üzerinde yarattığı etkilerin simüle edilebilmesinin yanında bileşke termal etkiler de scSTREAM yazılımı ile simultane olarak hesaplanabilir.

Panel Isı İletim Radyasyonu/Poroz Katı

scSTREAM yazılımının içerdiği panel fonksiyonu kullanılarak ısı iletim analizi, geçirgenlik analizi ve ince panellerin radyasyon (solar radyasyon) analizi yapılabilir. Panel fonksiyonu, panel parçaları çözüm ağına dâhil edilmediği için çözüm ağı boyutlarının düşmesinden dolayı önemlidir. scSTREAM yazılımında radyasyon yayan fin poroz katı ile değiştirilerek analiz gerçekleştirilebilir.

Nem Yoğunlaşması/Buharlaşma Fonksiyonu

Su ile katı yüzey arasındaki etkileşim ve havadaki rutubet scSTREAM yazılımı kullanılarak hesaplanabilir. Birikmiş nem yoğunlaşması tahmin edilebildiği gibi anlık nem yoğunlaşması da scSTREAM yazılımı kullanılarak bulunabilir. Bunun yanında gizli hava buharlaşması hesaba katılarak buharlaşma analizi yapılabilir.

Parçacık Analiz Fonksiyonu

scSTREAM yazılımında kütleye sahip genel parçacıkların ve kimyasal reaksiyona uğramış parçacıkların yörüngesi hesaplanabilir.Yan taraftaki şekilde enjeksiyonla soğutma işleminin simülasyonu örnek olarak verilmiştir. Simülasyon buharlaşan parçacıklar kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

SON İŞLEMCİ (POSTPROCESSOR)

scSTREAM yazılımının ard-işlemcisi Cradle’ın CFD programlarında kullandığı yaygın bir araç çubuğudur. Çözücü tarafından hesaplanan verilerin görselleştirilmesinde kullanılır. Ard-işlemci kontur verilerinin, vektörel sonuçların ve belirli noktalardaki değerlerin görselleştirilmesini sağlayan çeşitli fonksiyonlara sahiptir. Bu temel fonksiyonlarının yanında yüksek-kaliteli grafik çıktıların alınmasına da olanak tanır.

Temel Fonksiyonları

Cradle’ın ard-işlemcisi ayrıntılı görüntülemeye imkân tanıyan araç çubuklarına sahiptir. Ayrıca Cradle’ın ard-işlemcisi içersinde ürün tasarımı için gerekli olan tüm bilgilerin elde edilmesine yarayan araç çubukları da mevcuttur.

VectorContourMesh
Iso-surfaceStreamlineVariable graph

Diğer Fonksiyonları

Cradle’ın ard-işlemcisi hesaplama sonuçlarının görselleştirmesine yarayan birçok farklı araç çubuğuna sahiptir. Bu görselleştirme fonksiyonları sadece CAE uzmanları için değil üçüncü parti gözlemciler içinde kullanışlıdır. Özel durumlar için geliştirilmiş fonksiyonlar temel fonksiyonlar ile görselleştirilemeyecek nümerik sonuçların elde edilmesini sağlar.

Animasyon

Animasyon akışı görselleştirmek için kullanılabilecek en ideal yoldur. Cradle’ın ard-işlemcisi ile daimi durum ve sürekli olmayan akışların görselleştirilmesi otomatik olarak yapılabilir.

Ard-İşlem Fonksiyonları

Geometrik Veri Seçimi

Keyfi düzlem veya yüzey üzerine grafik çıkarma

 

Tüm hacim bölgesinin grafiği

 

Açılmamış silindir yüzey

 

Keyfi küçültme/büyütme

 

Değer ile ve seçim ile belirlenmesi

 

Çizim Fonksiyonları

Çözüm ağı, Vektör ve kontur grafikleri

 

İzo-yüzey, Akım çizgisi

 

2B Grafik

Ortalama ve min./mak. değerlerin hesaplaması

Neutral dosya

Orijinal analiz model dosyasının görselleştirilmesi ve fan geometrisi

Özel Efektler

Yağ akışı

 

Texture mapping

 

Rotasyonel izdüşümü

Meridyen düzlem gösterimi

Gerçekçi sunum

Karartı ölçeği, Transparanlık, Luster, Su-benzetimli ifadeler vb.

Animasyon

Vektör animasyonu

 

Parçacık işaretleyici

 

Bakış açısının otomatik ötelemesi

 

Anahtar-kare animasyonu

 

Walkthrough seçeneği

 

İsteğe Bağlı Fonksiyonlar

Mirror seçeneği/Periyodik kopyalama

 

Math fonksiyonu, Değişken kayıt

 

İntegrasyon

Skaler, Vektörel, Hacimsel

Yüksek çözünürlüklü veri görüntü alımı

BMP, JPG, Cradle Viewer

Tekst ve BMP dosyalarının süperpoziyonu

 

Karşılaştırmalı görselleştirme

Çözüm ağından bağımsız karşılaştırma

İzdüşümü alanın hesaplanması

 

CSV verilerinin alınması

Deneysel verilerin birleştirilmesi

Multi-Thread seçeneği

 

Hız gösterin grafiğin de çabuklaştırılma