直播预告 | Cradle CFD 新功能介绍与应用演示

海克斯康正式发布Cradle CFD 2025.1，此版本涵盖在电池安全建模方面的最新成果：

新版本中，scFLOW中新增了动力学驱动的热失控模型。现在可以在scPOST中可视化稳态3D-ROM文件，并且在 scFLOW中进行参数化研究的设置、提交和监控变得前所未有的简便。使用体素拟合网格划分器时，新版本软件可以按部件设置面片精度，以实现更好的表面捕捉。通过利用scFLOW与LOGEacs燃烧进程变量 (CPV) 模块之间的连接，工业炉内的燃烧模拟现在可以非常快速地运行。使用非连续网格（旋转域）或DEM求解器时的模拟时间更短，而新的AMG求解器在处理耦合问题时增强了鲁棒性。多孔介质中的固体部件现在可以在求解器级别进行建模，无需表示复杂的内部几何结构。在scSTREAM中输入大型数据表现在既快速又简单，鼓风机组件可以使用出口速度剖面。scPOST现在能更好地处理大型数据集，其等待时间和内存使用量显著减少。

这些新功能彰显了Cradle CFD新版本以精准、简便和可靠的方式解决流体动力学和热管理问题的技术革新。为了更深入地了解新版本的功能亮点，我们邀请到海克斯康工业软件专家蒋钊，为大家详细讲解并演示Cradle CFD 2025.1的新功能，欢迎预约直播！

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7月8日 14:00 

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Cradle CFD 新功能亮点

亮点 01

电池热管理与安全

■ 电池动力学驱动的热失控

Cradle CFD 2025.1实现一个新的热模型，该模型使用阿伦尼乌斯方程（Arrhenius equation）模拟锂离子电池的热失控。作为之前引入的半经验热失控模型的替代方法，现在无需输入预先存在的实验数据即可获得详细的电池发热量，而是通过直接模拟SEI（固体电解质界面膜）分解、电极与电解质之间的反应以及电解质分解等几种内部现象来实现。

■ 图形显示功能（ARC 测试数据预处理）

此功能增强了Cradle CFD 2024.2中引入的半经验热失控功能的设置过程。在ARC（加速量热仪）测量数据的预处理中，使用实验原始数据提取单调递增的发热曲线，并识别在绝热条件下测量的部分。这种数据管理和曲线绘制现在可在图形用户界面（GUI）内完成，使设置过程更加简便且不易出错。预处理中使用的原始数据和参数现在可以直接在PPH文件中编辑和存储。

亮点 02

人工智能 / 机器学习

■ 通过POD-ARBF（本征正交分解-自适应径向基函数）实现 3D-ROM

在Cradle CFD 2024.2版本中，我们将ODYSSEE中的机器学习算法与来自scFLOW的3D场数据相结合，生成了简化的热流模型。2025.1版本新增了在 Cradle 后处理环境中可视化估计结果的功能。由ODYSSEE生成的ROM 文件 (.3dr) 现在可以导入到 scPOST 中。新版本目前完全支持稳态 ROM，并计划在未来的版本中添加对瞬态ROM可视化的支持。

■ 增强对scFLOW中参数化研究的控制

Cradle CFD 2024.2版本中增加了包含几何变化的参数化研究。在2025.1新版本中，“工作流向导”（Workflow Wizard）在提交和监控参数化研究模拟方面得到了增强，增加了额外的控制功能。进度现在在GUI中显示，并且当预期事件发生时，可以中断整个过程以检查模拟状态。

亮点 03

生产力提升

■ 按零件设置刻面精度

使用体素拟合网格划分器时，用户现在可以指定局部参数，以更高精度捕捉CAD模型形状。以前，使用小于全局面片精度的局部体素尺寸可能会因原始CAD表面离散化（MDL）精度不足而导致网格化表面出现缺陷。当精确捕捉光滑几何体至关重要时，用户现在可以为特定部件指定局部面片精度，这将覆盖全局设置并保证最终网格的光滑性。

■ 扫掠部件增强

在扫掠源面上共享节点的部件现在可以被视为扫掠部件，而无需物理分离其拓扑结构，允许多个扫掠域具有共同的边。此功能扩展了扫掠网格功能的可用性，消除了以前需要手动修复的几何约束。可以更轻松地设置多个扫掠网格来捕捉直域，减少网格单元数量，同时更好地控制单元质量。

■ 改进的边界层插入

新版本引入了一种新的网格棱柱插入算法，能更好地处理锐利边缘。现在生成的近壁棱柱层包含更多单元，避免在模拟锐利边缘周围流动时产生错误结果。结果精度得到提高，并避免了因锐利边缘处压力突变而导致的早期流动分离。

■ 在scFLOWpre中导入CGNS文件 

通过允许在scFLOWpre中直接导入CGNS格式（CFD通用符号系统）的网格文件，扩展了scFLOW的可用性。用户现在可以导入由第三方软件生成的模型，并在scFLOW模拟中使用它们。例如，在计算研讨会框架内共享的网格现在可以直接使用，同时支持CGNS多面体网格格式。

亮点 04

scFLOW求解器增强

■ 燃烧进程变量（CPV）方法 

通过利用scFLOW与化学反应求解器LOGEacs之间的现有耦合，我们实现了用于燃烧模拟的燃烧进程变量 (CPV) 方法。基于充分搅拌反应器 (WSR) 假设，CPV是一种针对复杂反应机理的快速预测方法。它将通过LOGEacs可用的传统直接化学方法的计算精度与显著减少的计算时间相结合。该模型特别适用于模拟工业炉。

在scFLOW（LES）中使用LOGE CPV进行甲烷燃烧器燃烧仿真

■ 多孔域中的固相建模

在多相流分析中，现在可以将多孔材料（压降体）设置为部分固体。通过在求解器级别完全建模固体部件，无需直接的几何表示，从而降低了设置复杂性和网格尺寸。使用此功能时，多孔介质区域内的热场和速度场都会被修改，以考虑固体部件的热惯性和孔隙率。以此方式建模的热设备产生的总热交换和动量交换等同于用固体部件建模的设备。

■ 加速不连续网格分析

不连续网格算法得到改进，在并行计算中实现了显著的计算加速。所有包含旋转域的分析都可在计算时间方面受益。除了计算速度外，随着核心数量增加的扩展性也得到了改善。预计使用大量核心和多个旋转域的并行运行将获得更大的收益。观察到的模拟加速范围在2倍 ~ 3.5倍之间，实际值可能因具体模型和边界条件而异。 对非均匀粒径DEM分析的并行计算进行了改进，现在默认启用。高效的接触检测算法（包围体层次结构，BVH）可作为选项用于均匀/非均匀粒径。与Cradle CFD 2024.2的结果相比，使用默认接触检测算法时，计算时间减少了30%。使用BVH 接触检测算法时，减少幅度可达45%，实际的模拟时间减少量可能因粒子数量和使用的具体模拟设置而异。

■ DEM求解器加速

对非均匀粒径DEM分析的并行计算进行了改进，现在默认启用。高效的接触检测算法（包围体层次结构，BVH）可作为选项用于均匀/非均匀粒径。与Cradle CFD 2024.2的结果相比，使用默认接触检测算法时，计算时间减少了30%。使用BVH接触检测算法时，减少幅度可达45%，实际的模拟时间减少量可能因粒子数量和使用的具体模拟设置而异。

■ 代数多重网格 (AMG) 的实现

代数多重网格 (AMG) CG-STAB（稳定共轭梯度）求解器，采用代数多重网格法 (AMG) 作为预处理器，现在也可用于求解耦合系统（以前仅适用于基于压力的分离求解器）。AMG CG-STAB方法可以用比传统CG-STAB方法更少的迭代次数求解矩阵。使用此求解器时，可以看到每个收敛周期所需的迭代次数减少，这通常会导致计算时间减少。求解器能力的这一新进展是为进一步改进针对大型耦合方程组功能的基础。

亮点 05

scSTREAM求解器增强 

■ 数据表处理方法

Cradle CFD 2025.1在使用时间相关数据表时提供了各种新选项，如不同的插值方法、表外行为、周期性数据简化输入以及启用时间平均的选项。例如，现在可以通过仅包含一个周期相关的数据部分并启用周期性来快速设置周期性表格。在处理以极高频率采样的数据时，时间平均非常有用。这种情况可能是由高频工作的电子设备产生的热量所致，表格数据的时步可能小于模拟中使用的时步。表格数据的时间平均确保正确的总功率进入计算域，而不会限制模拟时步，从而可能减少长时间瞬态分析的计算时间。 

■ 鼓风机模型中的速度剖面

在鼓风机中，蜗壳内部的气流循环导致出口流速分布不均。使用鼓风机组件时，现在除了P-Q特性外，还可以分配非均匀速度剖面来模拟实际设备的出口流动。此功能在使用鼓风机的热设备中产生更准确的流动分布，以及与下游组件更正确的流动相互作用。

■ 自动修复孤立切割单元体积的压力

使用切割单元 (cutcell) 时，在模拟非常复杂的设备时可能会产生许多小的孤立体积。这不是建模错误，而是源于流体体积提取操作。在孤立的流体体积中，压力可能呈现任意值并导致计算发散。现在可以为此类孤立体积设置默认压力值，无需用户直接干预即可避免收敛问题。通常，使用切割单元方法的模拟现在更加稳健。

亮点 06

后处理增强 

■ 大型数据集预览增强

Cradle CFD 2024.2版本引入了对大型结果文件的预览功能。2025.1版本引入了一项新的增强功能，可以在预览窗口中按名称或通过鼠标点击选择要显示的组件。这提供了一种简单直观的方法来仅隔离感兴趣的组件，并将这些组件加载到scPOST中。将数据导入限制为仅选定的组件，可显著减少数据读取时间和内存使用量，使得在资源有限的机器上处理大型模型结果成为可能。

■ 涡轮机械可视化

Cradle CFD 2025.1改进了多级设置的配置和速度分量的计算，这些现在在专门的选项卡中得到支持，可以指定自动区域名称设置，并且现在提供了用于附加绘图（additional plots）的选项。

■ CradleViewer中的实际粒子尺寸

对于使用不同粒径的粒子模拟，scPOST现在可以将粒子尺寸信息导出到CradleViewer，CradleViewer可以可视化每个粒子的实际尺寸。在CradleViewer中的可视化现在为在scPOST中打开的相同数据集提供了相似的视觉效果。 

亮点 07

其他增强功能

■ 生产力提升

模型向导 (Model Wizard)：自动检测和标记失败的边。

体素拟合网格划分器：用于形状可再现性的后处理选项。

■ scFLOW

scFLOW2Actran：添加了壁声学吸收条件。

■ scSTREAM

现已推出JOS-3人体模型，该模型具备完整的图形用户界面支持功能。

热源形式包括体积热产生和焦耳热，这些热能均可在流场结果中体现出来。