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工業設備存在著大量的流動管網：如飛機發動機的冷卻系統，燃燒系統，潤滑油系統；新能源車的電池冷卻模塊，空調管路；燃油車的動力艙冷卻系統；天然氣，氫氣的存儲和運輸系統；火電、核電站的熱力管路等等。

由於這些設備尺寸龐大，部件數量較多，或運行週期相對很長，三維計算無法滿足要求。採用一維流動網絡，熱網絡的方法不僅建模效率高，而且通過實驗或三維模擬標定，同樣可以達到較高的精度。

航空動力系統

航空燃油系統

用戶可以導入圖片，用於定位元器件的實際位置，更直觀的展示系統佈局。

也可以導入CAD數據，通過識別特徵點、線，自動創建管路、彎頭、Y管等元器件，提高建模效率。

後處理可以在每個計算單元上顯示溫度、壓力、流量等雲圖。瞬態結果也可以顯示動畫。

可以採用表格的方式顯示各個單元的物理量，描繪曲線。也可採用查詢模型，從數百個單元中快速篩選符合條件的結果。

輸入參數也可以雲圖展示各種變量，如管路長度，直徑等等，一目了然。

• 元器件按照類型分為Chamber，element，controller和thermal network ；
• Chamber用於定義邊界條件，連接內部的element, 並存儲壓力，速度，溫度信息。

每個element代表一個標準的元器件，如：泵、閥門、壓縮機、風扇、岔管、彎頭、密封、軸承、換熱器、水箱、氣囊等。Vortex是一種特殊的element，用於旋轉機械內部的漩渦模擬。

元器件庫

各種元器件的符號，尺寸標註和流體性能參數

Controller用於在計算過程中改變chamber或element的參數，如下圖所示的一個簡單流體控制系統：

Thermal network定義熱網絡，並可以和流動網絡耦合，如計算長距離輸送的熱力管路和外界的熱交換。

燃氣輪機葉片和盤腔高速旋轉，並承受巨大的熱負荷。在計算二次空氣系統的時候需要考慮旋轉效應，才能精確的分析熱平衡。Cavities模型將盤腔沿徑向分成若干份，利用角動量守恆原理分析旋轉機械中的流體速度，壓力、溫度和流動角度的變化。

分析一個壓力罐加壓到400psi，然後通過閥門洩壓到穩定壓力所需要的時間。

前饋控制器Python腳本定義閥門打開條件：

後處理：時間-流量曲線

後處理：時間-壓力曲線

燃氣輪機透平動葉頂部凹槽的冷卻孔流量不均勻，利用PID控制器調節孔徑，使得流量接近目標值0.014lb/s。

原設計：2個小孔面積相等，但是冷卻流量差33%

2個PID控制器監測出口流量，並自動調節小孔面積。

PID控制器調整結果：小孔面積差別27%，但是流量接近相等。

• 動力裝置的冷卻系統匹配熱平衡計算；
• 可以輸入換熱器的功率，效率，也可以輸入換熱器的詳細尺寸信息。

對於復雜，但是有規律可循的大系統建模，可以利用Excel的宏命令功能，批量創建一維網絡，提高建模效率。

換熱器建模的Excel模板

導入Excel模板，自動創建換熱器詳細模型

儘管Flow Simulator的元器件庫已經包含了豐富的管路，泵、閥、控制器等元件，用戶任然可以採用Python或Fortran語音定義自己獨有的元器件。

例如：自定義流量隨著液位高度的變化

例如：自定義小孔的阻力隨流量變化

例如：自定義泵的性能曲線

概率分析採用蒙特卡洛法和拉丁超立方法創建設計空間，研究系統輸出變量對輸入變量的響應，並可以擬合成傳遞函數。DOE方法則需要用戶創建確定的多任務運行清單，一個提交數十、百個計算任務。

例如：在燃氣輪機的輪盤冷卻模型中，用Probabilistic工具分析上游開孔的面積和角度對下游氣流旋度的影響。

設置小孔的角度、面積的數值上下界限，各自創建20個計算工況：

提交概率分析任務，並監測收斂情況：

輸入變量，輸出變量的參數列表，以及響應曲線：

擬合傳遞函數曲線（在這個例子中，二階擬合函數就達到較高的精度）：

Flow Simulator具有單目標優化功能Goal Seek, 也可以結合HyperStudy實現多學科、多目標的聯合優化。

例如：壓氣機抽氣量的計算：用戶設定目標流量，Goal Seek自動尋找匹配的管路直徑。

多學科優化工具HyperStudy驅動FlowSimulator進行DOE參數掃描和響應面擬合：

通過對流，傳導，熱輻射元件搭建熱網絡模擬複雜的傳熱現象：

電池包冷卻原理圖

電池包實物拆解圖

電池包一維熱網絡

電子設備冷卻系統三維模型

電子設備冷卻系統一維模型

電機實物圖

電機熱網絡模型

集成NASA的化學反應庫Chemical Equilibrium with Applications (CEA)， 可以模擬燃燒過程的溫度壓力變化。考慮Rayleigh損失， 從而確定燃燒器的進出口壓力和馬赫數。

環形燃燒室三維模型

環形燃燒室原理圖

仿真結果：燃燒室的溫度、壓力分佈

• Flow Simulator的計算精度在航空工業中得到廣泛的驗證。 
• 密封件的對標：燃氣輪機常用的Vermes Seal密封件的洩露量計算，在NASA上千次的實驗數據得到驗證。

密封件的尺寸定義

和NASA實驗對比

熱網絡法對標：和傳熱學教科書本的理論解對比

鍋爐耐火磚內測是500K的高溫，外側是300K的室溫

耐火磚溫度場模擬解接近理論解

壓力罐的充放氣對標：高壓儲氣罐在閥門的控制下向低壓環境排氣，計算氣體流量和罐內的壓力變化（可以考慮氣體的焦耳-湯姆孫效應）。

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