flowmaster软件简介

FLOWMASTER2总体介绍
FLOWMASTER2是FLOWMASTER Ltd.公司开发的面向流体系统仿真的软件平台。

FLOWMASTER Ltd.公司坐落于英国伦敦北郊，成立于1984年，在流体领域享有盛誉的英国国家流体力学研究协会的资助下，FMI八十余名来自世界各地的工程师经过二十年潜心研究与不断改进、完善，使得FLOWMASTER2成为当今流体流域优秀的系统仿真平台。

到目前为止，已有700多家公司购买了FLOWMASTER2，共1500多个使用许可，用户遍布世界上40个国家和地区。

FMI公司仍不断致力于一维流体系统仿真领域的研究，目前该公司不但提供领先的一维流体系统仿真软FLOWMASTER2，同时也向客户提供技术咨询合作等服务。

作为全球领先的一维热流体系统仿真软件，Flowmaster2凭借其内置的强大一维流体动力系统解算器，及面向工程、成熟、完备的流体系统仿真软件包，已经得到了航空航天、汽车、舰船、能源化工、水力泵站等工业领域越来越多的应用，其在流体输运系统、冷却润滑系统、液压动力系统、环控空调系统、污水处理系统、可压供气系统等众多领域的成功案例，赢得了各行业工程师们的赞誉。

FLOWMASTER主要应用领域：
航空航天工业
燃油系统、发动机热管理系统、环控系统、液压系统、供氧系统、航电冷却系统、除冰系统、推进系统等。

汽车工业
热管理系统、润滑系统、发动机舱流动系统、空调系统、燃油共轨系统、进排气系统、地盘系统等。

船舶工业
管路系统设计、水分配系统、冷冻水系统、装压舱系统、空调系统、发动机冷却/润滑系统、燃油系统、武器系统、消防系统、流体装载/卸载系统。

能源、化工工业
冷却系统、系统水击研究、泵站系统、燃气轮机系统、燃油供给系统、二次空气系统、润滑系统等。

过程工业
水/气工程系统、管网系统水击研究、泵站系统、消防系统、工厂装置起动/停机过程研究等。

利用目前世界领先的流体系统仿真工具Flowmaster2，工程师能够将更多的精力集中在系统的设计与优化分析上，技术上的日臻成熟，已经使Flowmaster2成为国内外流体管网系统设计中不可缺少的仿真平台。

利用FLOWMASTER2虚拟设计与虚拟试验功能，工程师能够摆脱大量复杂繁琐的计算工作，将更多的精力集中在工程设计上。

无论是设计产品的冷却系统、润滑系统、液压系统、油（水）输送系统、热管理系统，或检查浪涌现象对管道系统的影响，FLOWMASTER2都可以对系统中的各个环节进行精确的压力、流量、温度、流速分析，快速的帮助工程师完成和优化系统的设计。

它可以帮助企业减少生产成本，提到产品性能，缩减产品开发时间和试
验次数，以空中客车公司燃油系统设计为例，在使用FLOWMASTER进行设计之前，出于试验成本考虑，工程师只能在20方案中选择最佳的10种进行地面试验，而最终选择其中的5中方案进行空中试验；使用FLOWMASTER之后，空客工程师们可以对60－80种方案进行虚拟设计评估，并选择其中的10种方案进行半物理半仿真试验，最后仅仅需要1－2次空中试验就可以产品定型，并且获得产品的最优设计，大大节省了每小时五百万美元的试验费用。

使用Flowmaster2可以:
精确预测压力、温度、流量等参数
完善的分析类型
压力波及气蚀现象捕捉
元件尺寸分析和复杂管网优化
完备的元件库
强大的控制器件与控制算法研究
丰富的第三方软件接口
便捷的二次开发环境
开放式的数据库管理
人机交互式仿真过程
功能1－－精确预测压力、温度、流量等参数
一个流体管道系统的物理原型总是由许多元件构成的，如泵、管道、接头、弯头、阀、喷嘴等，这些元件在FLOWMASTER2元件库中均能找到。

FLOWMASTER2的模型是基于图形界面的一维流体系统图，通过简单的鼠标托放连接，可以建立各种流体管网的仿真模型，管网中的各个元件用形象的图标表示，具有易学易用的特点，一个经过初步培训的工程师，可以在一小时内建立一个由100个元件组成的复杂流体系统模型、输入基本数据（元件的特性参数）、进行计算以及输出计算结果（各种数据或曲线）。

FLOWMASTER2是专为流体系统开发设计的仿真工具，无论是设计产品的水/液系统、油、气（空气、氧气、二氧化碳、氢气等）系统，FLOWMASTER2都可以对系统进行精确的压力、流量、流速、温度分析。

FLOWMASTER2中的元件模型主要是基于压力－流量关系，因此对系统压力分布、流量分布及元件流阻、流量及流速进行精确的计算是软件的基本功能。

用户对元件进行建模时只需要输入能够反映元件流阻特性的数据就可以了。

作为一个开放的仿真平台，FLOWMASTER2允许用户对元件进行几何参数建模、实验数据建模或直接利用FLOWMASTER2的实验数据库进行直接建模。

对于由多个元件组成的流体系统，FLOWMASTER2的解算器利用迭代求解系数矩阵的方式计算出系统的节点压力，然后根据元件的流阻特性及流量守恒的原理得到主干和分支的流量，进而得到流速、雷诺数、马赫数等参数。

对于热流体系统，Flowmaster2将动量方程、连续性方程和能量方程同时进行耦合求解，根据系统自带或用户输入的元件热性能参数，考虑元件与流体介质及环境的传导换热、对流换热及辐射换热，同时还考虑温度对流体介质（如滑油、燃油、空气等）的动力学粘度、定压比热、密度和热膨胀速率的影响，通过反复迭代得到热流体系统的温度分布，并给出元件的实际换热量、热阻、换热效率及努谢尔数等参数。

功能2－－完善的分析类型
稳态与瞬态、可压与不可压、气体与液体、液压与润滑系统分析――FLOWMASTER2
是面向工程的完备的流体系统仿真软件包，对于各种复杂的流体管网系统，工程师可以利用FLOWMASTER2快速有效的建立精确的系统模型，并进行完备的分析。

FLOWMASTER2具备的分析模块可以对流体系统（含液压系统）及气体系统进行稳态和瞬态、可压和不可压分析。

Flowmaster拥有强大的分析模块，可以对流体配送系统进行稳态分析和瞬态分析，计算汽锤及水锤，捕捉压力波的传播及气穴的演化过程，同时进行热分析。

对液力做功系统进行高精度的求解，考虑压力瞬变对工质流动及元件性能的影响。

对可压缩流体系统进行时域分析，有效预测气流壅塞。

对包含相变的空调系统进行精确求解，评估空调系统性能，优化系统参数。

功能3－－压力波及气蚀现象捕捉
FLOWMASTER2作为热流体管网系统仿真分析工具，已经得到了水电、泵站电力工业的广泛应用，工程师可以利用FLOWMASTTER2设计和分析任何一个与电力生产有关的流体系统。

在付诸实际生产之前，工程师们往往需要对所设计的管道系统进行仿真，研究各项参数，使系统达到最优化设计。

FLOWMASTER2的瞬态仿真功能，可以帮助工程师预见流体回路系统的压力波动，在发生水锤现象造成破坏之前，指导工程师安装必要的防护装置。

在水力水电等流体输运系统中，由动态过程水泵或阀门等部件动作引起的压力波动（水锤现象）是系统工程师非常关注的问题：动态过程引起的系统内任意一点边界条件发生改变，都会导致系统内压力波的往复传递，压力疏波使该点压力降低，一旦压力低于流体的蒸发压力，流体便会汽化使该点生成气穴，系统中的气泡对叶轮机等装置的叶片将造成毁灭性的影响，严重时导致部件损毁，系统无法正常工作；同理，压力密波使该点压力升高，严重时压力将升高至正常工作压力的几倍、甚至几十倍，过高的压力将引起管路爆炸，使系统损毁。

通过Flowmaster2进行流体系统动态过程分析，能够完全捕捉到系统内的压力波动，进而观察系统内压力波的压力峰值及气穴产生等现象，通过Flowmaster2的控件功能，研究阀门关闭控制过程等控制策略，达到系统的优化设计，避免动态过程水锤现象的发生，使系统的动态过程处于安全可控状态。

上图所示为泵站供水系统Flowmaster2结构图，通过动态仿真及控件的应用，可以研究不同阀门关闭控制策略下，系统压力波的峰值，从而对泵站供水系统进行优化。

管道系统工程师发现，FLOWMASTER2在帮助他们预测整个管路系统中的流量以及压力分布是非常有帮助的。

这将帮助工程师决定压力源（水泵）的位置和数量，来满足用户对系统流量和压力的要求。

多功能、精确以及简单易用等特点，使FLOWMASTER2成为电力工业工程师解决流体问题的首要选择。

功能4－－元件尺寸分析和复杂管网优化
除了正向的虚拟试验仿真分析方式外，FLOWMASTER2还提供对逆向设计问题的求解手段，比如在系统设计时，根据功能需要设定系统管路内的流速范围或系统内的压力梯度极值，FLOWMASTER2会根据这些约束条件，对管道、阀门、节流元件等尺寸、流通面积等进行分析，计算后提供给工程师一个优化范围，以满足系统设计约束要求；此外，对于任意复杂的流体管网，保证任意支路的设计流量是系统设计的难点，FLOWMASTER2可以针对给定的设计流量自动计算出元件所需的管径、管长、孔径、损失系数、摩阻系数等参数，大大提高了工程师对复杂管网设计的效率。

这些可以通过FLOWMASTER2的流体配平分析模块SF及元件设计分析模块SZ实现。

功能5－－完备的元件库
FLOWMASTER2根据不同功能的流体系统建立了两种元件库，一种是流体输送类元件库，一种是流体做功类元件库。

而每种元件库都根据元件的种类分为诸多元件族，比如泵族、管道族、换向阀族、喷嘴族、油箱族、油滤族、三通族、轴承族、油缸族等等。

工程师可以从元件库中选择建立流体系统模型需要的所有标准元件。

在FLOWMASTER2的两种元件库中，总共有近40类元件族，300多种元件，几乎函盖了目前流体系统需要的所有的标准元件。

比如，在泵元件族中，就有齿轮泵、活塞泵、叶片泵、轴向泵、径向泵、混合泵、航空专用的射流泵等，在换向阀元件族中，有两位两通，两位三通等多种元件。

用户只需要根据自己的系统物理模型来选择需要的元件即可。

此外，根据流体动力工程仿真的需要建立了该类工程特有的元件库，像控制元件库和机械类元件库，像PID 控制器、弹簧、阻尼等。

这些元件完全可以满足各种流体动力系统，如闭环控制的热管理系统及液压传动系统建模需要。

此外，FLOWMASTER2针对空调系统在各类人机工程中的应用专门开发了空调系统元件家族，提供空调系统建模，如压缩机、冷凝器、蒸发器、储液罐、各种热膨胀阀及专用的空调系统管道等空调专用元件。

这些元件模型能够模拟系统中的气液相变，并能够模拟湿度在空调系统中的变化。

功能6－－强大的控制器件与控制算法研究
对于机电与流体系统设计领域来说，工程师不但要关心流体系统，同时也要关心流体系统与机械、电力电子、热等各种系统的耦合性能对整个系统性能的影响。

为了仿真电系统或机械系统对流体系统的影响，FLOWMASTER2的元件库中包含了机械元件库和控制信号元件库。

对于电信号来说，可以利用控制元件库中的信号发生器或其他控制元件来模拟，比如要模拟一个电液伺服阀的电信号，并将其转化为力矩信号，就可以利用信号发生器形成电信号，并将其转化为力矩信号，传输给电液伺服阀。

对于机械信号来说，可以利用FLOWMASTER2中的机械元件库来模拟，比如弹簧、阻尼、力、质量块等。

毕竟FLOWMASTER是流体系统仿真工具，不能仿真纯电系统或纯机械系统，只能仿真与液力系统相关联的电信号或机械信号。

功能7－－丰富的第三方软件接口
CAD系统数据格式与分析处理过程都是多样性的，因此在CAD与分析处理过程之间建立一种简单的界面是比较困难的。

然而，通过FLOWMASTER2 CADLink工具包，工程师可以通过一种简单界面满足所有的分析需求。

在常用的办公软件界面下，完成仿真参数的输入，并提取仿真结果，自动生成仿真结果曲线，使每个人都可以轻松的应用Flowmaster。

在复杂的工程系统领域中，往往包含着机械、电力电子、流体、热、化学合成等各种子系统，而没有一种软件能够解决所有问题，采用各学科领域专业的软件解决具体的专业问题，是当今科学领域解决综合跨学科系统问题的主要手段。

FLOWMASTER2作为流体系统领域仿真软件，具有丰富的第三方专业软件接口：
（1）控制系统软件类接口――Matlablink
（2）三维CFD软件类接口――CFDlink
（3）与微软等COM技术类软件接口――Excellink
（4）三维CAD建模软件类接口――CADlink
功能8－－便捷的二次开发环境
在倡导科技创新的今天，系统结构与组成部件都会发生迅速的变化，尤其系统部件的改进与创新更是无处不在，一个面向系统的仿真软件，即使包含再多的元件库，也不可能满足现今科技变化的需求，但这并不等于无法处理用户自己设计的元件。

FLOWMASTER2提供
了非常友好的方式对用户自己的模型进行集成，在建立系统模型的时候，用户可以象使用FLOWMASTER2标准元件库的器件一样使用自己开发的元件，并且在FLOWMASTER2自身元件库与用户自开发元件之间实现了无缝的连接，在一个系统平台中，无需关心哪些元件是FLOWMASTER2自带的、哪些元件是用户二次开发的。

利用FLOWMASTER2对系统建模时，一旦用户要模拟一些特殊的零部件，而这些特殊的零部件没有包含在软件提供的元件数据库中，用户可以通过“外部零件模型”（ECM）的功能开发“元件”，扩充到软件的数据库中。

使用“外部零件模型”有两种方法，如果“特殊的零部件”由一些数据库中的标准元件组成，则可直接将这些标准元件组合成用户所要的“特殊的零部件”；另一种办法是用FORTRAN、C或C++开发。

目前，软件中提供的ECM 模板有：高压喷嘴系统、电磁控制阀（动态控制单元）、凸轮角度测量器以及体积自适应单元（用来计算元件内体积变化时引起的流体性能和压力的变化）。

FLOWMASTER2二次开发的环境为众多程序员所熟悉的Microsoft Visual Studio环境，用户在编写自定义的元件代码时，只需在FLOWMASTER2提供的SDK环境下编写好程序代码并编译成动态链接库文件*.dll，在仿真过程中如果系统中包含有用户自开发的元件模块，FLOWMASTER2便会自动在改动态链接库中寻找用户代码，并加载执行，整个过程无需用户进行管理。

功能9－－开放式的数据库管理
FLOWMASTER2作为全球领先的一维流体系统仿真软件，率先通过了ISO9002权威认证，其内置元件的数学模型积累了各行业多年的工程应用实践，并且在英国流体力学研究中心的努力下，进行了超过10000小时的部件试验，将这些工程数据集成到了FLOWMASTER2的数据库中，供用户参考使用。

在FLOWMASTER2数据库中，包含了750多个标准元件的数据，可以直接调用。

这些元件的性能数据及特征曲线都能用图形的方式显示。

例如，对于一个阀，可以用图表显示阀芯位置与能量损失系数之间的关系。

在数据库中也包含了常用流体的性能数据，如流体的密度和黏度等。

在数据库中，工程师也可以创建自己需要的元件、元件图标、曲线、曲面、流体种类和单位等。

对于每个行业的用户，都会在实际工作中积累大量的数据，利用FLOWMASTER2开放的数据库管理功能，用户可以非常便捷的将这些数据导入到FLOWMASTER2软件数据库中，从而建立起一套用户自己的数据库，满足用户在日后使用及数据共享中的需求。

当然，工程师也可以根据从经销商那里得到的部件特性，创建自己需要的元件、元件图标、曲线、曲面、流体种类和单位等，然后将这些曲线、曲面、单位等数据在元件的数据输入界面中赋予元件。

开放式的数据库管理，可以使用户根据自己的使用习惯设定FLOWMASTER2，以便用户操作。

（4）三维CAD建模软件类接口――CADlink
在倡导科技创新的今天，系统结构与组成部件都会发生迅速的变化，尤其系统部件的改进与创新更是无处不在，一个面向系统的仿真软件，即使包含再多的元件库，也不可能满足现今科技变化的需求，但这并不等于无法处理用户自己设计的元件。

FLOWMASTER2提供了非常友好的方式对用户自己的模型进行集成，在建立系统模型的时候，用户可以象使用FLOWMASTER2标准元件库的器件一样使用自己开发的元件，并且在FLOWMASTER2自身元件库与用户自开发元件之间实现了无缝的连接，在一个系统平台中，无需关心哪些元件是FLOWMASTER2自带的、哪些元件是用户二次开发的。

Diagram of the main components / sub systems of a generic AC circuit
TXV system modelled in FLOWMASTER
利用FLOWMASTER2对系统建模时，一旦用户要模拟一些特殊的零部件，而这些特殊的零部件没有包含在软件提供的元件数据库中，用户可以通过“外部零件模型”（ECM）的功能开发“元件”，扩充到软件的数据库中。

使用“外部零件模型”有两种方法，如果“特殊的零部件”由一些数据库中的标准元件组成，则可直接将这些标准元件组合成用户所要的“特殊的零部件”；另一种办法是用FORTRAN、C或C++开发。

目前，软件中提供的ECM 模板有：高压喷嘴系统、电磁控制阀（动态控制单元）、凸轮角度测量器以及体积自适应单元（用来计算元件内体积变化时引起的流体性能和压力的变化）。

FLOWMASTER2二次开发的环境为众多程序员所熟悉的Microsoft Visual Studio环境，用户在编写自定义的元件代码时，只需在FLOWMASTER2提供的SDK环境下编写好程序代码并编译成动态链接库文件*.dll，在仿真过程中如果系统中包含有用户自开发的元件模块，FLOWMASTER2便会自动在改动态链接库中寻找用户代码，并加载执行，整个过程无需用户进行管理。

功能10－－人机交互式仿真过程
在FLOWMASTER2中建立好仿真模型并对元件输入数据后，可以运行模型进行计算分析。

开始，软件先对模型中所有的数据进行检查。

如果发现有数据遗漏，软件会列出一份清单，提示用户将遗漏的数据补上。

如果没有数据遗漏，计算会进行到底，最后得到管网中流体的压力、速率和温度。

可以对模型进行温度计算或动态（瞬态）分析。

在计算时，软件会显示进程状态以及按计算步长给出当前仿真时间，可以在任意时刻暂停并给出必要的信息，在计算的同时，实时绘出代表计算结果的图表。

FLOWMASTER2提供的交互式仿真功能可以在仿真计算中随时改变元件的某个参数，如马达的转速或阀芯的位置等，这些参数的改变对系统的影响会立刻显示出来。

交互仿真对用户非常有帮助，用户可以实时监视输出结果，改变系统参数，当结果不理想时，可以随时停止仿真。

通过人机交互式仿真功能的应用，结合FLOWMASTER2平台内置的PID、传感监测及反馈控制等功能，用户可以对任意系统工况、应急系统反应进行研究，并且可以建立起相应人机控制系统的虚拟训练平台，使得操作人员在虚拟的仿真平台上进行系统演练与问题排查等工作。