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Frost 3D Universal 软件包专为有相变的土地热传递仿真而设计

Frost 3D Universal 软件允许你在管线,生产井,水利建设等设施的热学影响下开发永冻土壤热学模式的科学模型,在考虑了土地的热稳固性以后。该软件包是基于下列领域的10年经验开发而成的:编程,计算几何,数值方法,3D可视化和并行计算算法。

Frost 3D Universal 软件是被俄罗斯联邦认证的且遵从国际标准。

    系统要求

    操作系统: Windows 7, 8

    工具包: .NET Framework 3.5

    CPU: Intel x86 or x64 architecture

    内存: 4 Gb

    显卡: 1 GB, Shader Model 4.2, nVidia

    HDD: 500 MB

    需要接入网络

    在普通PC上就能进行数百万级的网格运算!

    操作概念

     

    1. 用初始及边界条件创建计算域。

     

    带有初始和边界条件的计算域

     

    2. 自动生成计算网格。3D计算网格生成

    3. 使用数据库,处理物理性质,并设置热交换条件。

     

    物理性质操控

     

    设定热交换条件

    4. 回顾温度,含冰量和渗透流量的三维分布分析结果。

     

    温度分布分析

     

    5. 析截面数据。

    截面数据分析

     

    Frost 3D Universal 软件的主要功能:

    • 通过表面地形和土壤岩性建立3D计算域;
    • 管线,钻孔,建筑的地下层和地基的3D重构;
    • 3D物体的导入格式包括Wavefront(OBJ), Stereolitho(STL), 3D Studio Max(3DS)和Frost 3D Objects(F3O);
    • 土地,建筑部件,气候因素以及制冷设备尺寸等热物理性质数据库的维护;
    • 3D物体的热学和水文学性质以及在物体表面热传递条件的详细数据;
    • 在有着相变和 热对流 情况下的温度域中,对其内的温度和未冻结水容量分布进行仿真;
    • 地下水流仿真;
    • 热域,未冻结水容量和地下水流速的动态3D可视化;
    • 以等值线和色块分布形式表现的热域和未冻结水容量的可视化;
    • 有着建立温度和未冻结水汽含量随着时间变化的关系图功能的能力。
    热学分析的初始数据: 

    1) 3D几何模型建立的初始数据:

    a) 岩土工程的土壤结构;

    b) 工程图,隔热材料的位置。

     

    2) 土壤的热物理性质:在融化和冻结状态的热传导性和容积热容量,密度,相变初始温度,土壤水分的总重量(所有类型的土壤水分),含湿量与温度的相关性。

     

    3) 热传导性,热容量和建筑材料密度,包括隔热材料。

     

    4) 土壤中的最初垂直温度分布(热井数据)。

     

    5) 气象数据:空气温度分布,风速,积雪厚度变化。

    在热稳固过程中测温探针位置

     

    在土地冷却中的测温探针

     

     

    3D计算域模型

    3D计算域模型

    温度分布(y=0平面)

    温度分布(y=0平面)

    以等温线形式表示的温度分布图(y=0平面)

    以等温线形式表示的温度分布图

    含湿量(y=0 平面)

    含湿量(y=0 平面)

    Frost 3D Universal 软件的优势:

    • 该软件是基于数值方法和土地中的传热和传过程质的现代科学成就上开发的;
    • Frost 3D Universal 通用的计算算法是并行于多核,64位 CPU和GPU架构,提供了相比于序贯算法 提供了相比于序贯算法快10倍的计算速度;
    • 该软件是一个能够模拟永冻土使用冷却设备的热稳固过程独特的软件解决方案;
    • 该软件能让你对于大型计算域(千米) 内的永冻土融化做出长期预测;
    • 该软件考虑到了积雪深度的动态影响以及太阳辐射强度对地表温度的影响;
    • 热物理性质和热传导条件有可能会在计算过程中被改变;
    • 地下水流 仿真;
    • 将地下水流带来的热对流传导考虑进去。

    Frost 3D Universal 版本:

     

    Frost 3D Universal 版 功能
    32位,单核 CPU 计算网格单元的最大数量是 2 百万节点. 2GB内存+1GB主应用程序的内存是需要的(为了网格计算)。计算由单核CPU处理。
    64位,单核CPU 计算网格单元的最大数量是 5 百万节点. 5GB内存+3GB主应用程序内存是需要的。计算由单核CPU处理。
    64位,多核CPU 计算网格单元的最大数量是 20 千万节点. 16GB内存+10GB主应用程序的内存是需要的(为了计算有2千万节点的网格)。
    4-8 倍的加速* (取决于CPU的核心数量),相较于单核CPU。
    64位,多核GPU 在测试模型上计算网格单元的最大数量是 5千8百万节点 
    (http://blog.simmakers.com/pipeline-permafrost/). 最多到 1亿节点 的计算都能保证。 理论上12GB内存(nvidia Tesla k40)的计算网格单元的限制是2亿节点。
    46 倍的加速*(NVIDIA Tesla k40),与单核CPU相比。
    地下水流模块 地下水流速度的模块计算。该模块在高流速影响下的热学模式仿真中是必须的(大坝,堤防,复杂的水文条件)。

    更多信息,请点击这里:

    http://blog.simmakers.com/convective-heat-transfer-filtration/

    * 数值解算器有了优化参数,比如说:计算网格单元和运算核的多样性,网格分割一致性,材料的热物理性质的符合性以及边界条件的数量。

     

    更多关于在Frost 3DUniversal 版中使用的方法的数学证明能够在 这里找到。

     

    Frost 3D Universal 版在《》国际会议上的视频展示可能在 这里.

     

    今日,Frost 3D Universal版已经是带有相变的热传导问题的最快和最精确的解算器了!

     

    项目示例: