射频EDA仿真软件介绍（包括算法，原理）
一、前言
微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多，电路的尺寸要求越做越小，而设计周期却越来越短。传统的设计方法已经不能满足系统设计的需要，使用微波EDA软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。
EDA即Electronic Design Automation, 电子设计自动化。目前,国外各种商业化的微波EDA软件工具不断涌现，微波射频领域主要的EDA工具首推Agilent公司的ADS软件和Ansoft公司的HFSS、Designer软件以及CST，其次是比较小型的有Microwave Office, Ansoft Serenade, Zeland, XFDTD, Sonnet，FEKO等电路设计软件。下面将会将会简要地介绍一下各个微波EDA软件的功能特点和使用范围。
这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的, 在介绍微波EDA软件之前先简要的介绍一下微波电磁场理论的数值算法。所有的数值算法都是建立在Maxwell方程组之上的，了解Maxwell方程是学习电磁场数值算法的基础。
电磁学问题的数值求解方法总的可分为时域和频域两大类。在频域，数值算法有：有限元法( FEM -- Finite Element Method）、矩量法( MoM -- Method of Moments），差分法( FDM -- Finite Difference Methods），边界元法( BEM -- Boundary Element Methed），和传输线法( TLM -- Transmission-Line-matrix Method）。频域技术发展得比较早，也比较成熟。在时域，数值算法有：时域有限差分法( FDTD –Finite Difference Time Domain ），和时域有限积分法( FITD –Finite Integration Time Domain）。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。除此之外外还有一些高频方法作为补充，如GTD，UTD和射线理论。
从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE 法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE 法可直接用于这类问题。
本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类，对常用的微波EDA仿真软件进行论述。
二、基于矩量法MOM仿真的微波EDA仿真软件
矩量法将连续方程离散化为代数方程组，既适用于求解微分方程，又适用于求解积分方程。他的求解过程简单，求解步骤统一，应用起来比较方便。然而需要一定的数学技巧，如离散化的程度、基函数与权函数的选取，矩阵求解过程等。另外必须指出的是，矩量法可以达到所需要的精确度，解析部分简单，可计算量很大，即使用高速大容量计算机，计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用，已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。
基于矩量法仿真的EDA软件主要包括ADS（Advanced Design System）、Sonnet电磁仿真软件、Zeland IE3D、Microwave office、Ansoft Designer和FEKO等。
2.1 ADS仿真软件
Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件，是为系统和电路工程
师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天／防御的应用，从最简单到最复杂，从离散射频／微波模块到集成MMIC。从电路元件的仿真，模式识别的提取，新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导，可以使用智能化的设计规范的用户界面来分析和综合射频／微波回路集总元滤波器，并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件，大到系统级的设计和分析。尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或非线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，使之成为设计人员的有效工具。现在最新的版本是ADS2006B。
2.2 Sonnet仿真软件
Sonnet是一种基于矩量法的电磁仿真软件，提供面向3D平面高频电路设计系统以及在微波、毫米波领域和电磁兼容/电磁干扰设计的EDA工具。SonnetTM应用于平面高频电磁场分析，频率从1MHz 到几千GHz。主要的应用有：微带匹配网络、微带电路、微带滤波器、带状线电路、带状线滤波器、过孔（层的连接或接地）、偶合线分析、PCB板电路分析、PCB 板干扰分析、桥式螺线电感器、平面高温超导电路分析、毫米波集成电路（MMIC）设计和分析、混合匹配的电路分析、HDI 和LTCC 转换、单层或多层传输线的精确分析、多层的平面的电路分析、单层或多层的平面天线分析、平面天线阵分析、平面偶合孔的分析等。现在最新的版本是Sonnet Suite pro 9.5.2。
2.3 Zeland IE3D仿真软件
IE3D是一个基于矩量法的电磁场仿真工具，可以解决多层介质环境下的三维金属结构的电流分布问题。它利用积分的方式求解Maxwell方程组，从而解决电磁波的效应、不连续性效应、耦合效应、和辐射效应问题。仿真结果包括s、y、z参数，VWSR，RLC等效电路，电流分布，近场分布和辐射方向图，方向性，效率和RCS等。IE3D在微波/毫米波集成电路（MMIC）、RF印制板电路、微带天线、线电线和其它形式的RF天线、HTS电路及滤波器、IC的内部连接和高速数字电路封装方面是一个非常有用的工具。
IE3D可能是最好的商业MoM套件。MoM原理相对简单，且计算速度极快。IE3D比较适合2.5维情形，例如算算PCB或者微带天线比较合适，算复杂3D结构力不从心。但是，手机PIFA的计算就比较适合用IE3D。不是用于做天线项目仿真，而是用于研究天线的基本特征，天线和PCB如何相互耦合、PCB上激发的表面电流走向等原型阶段的预研。软件最新版本为Zeland IE3D10.0。
2.4 Microwave Office 软件介绍
"Microwave Office"软件是通过两个模拟器来对微波平面电路进行模拟和仿真的。对于由集总元件构成的电路，用电路的方法来处理较为简便。该软件设有"V oltaireXL"的模拟器来处理集总元件构成的微波平面电路问题。而对于由具体的微带几何图形构成的分布参数微波平面电路则采用场的方法较为有效，该软件采用的是"EMSight"的模拟器来处理任何多层平面结构的三维电磁场的问题。"V oltaireXL" 模拟器内设一个元件库，在建立电路模型时，可以调出微波电路所用的元件，其中无源器件有电感、电阻、电容、谐振电路、微带线、带状线、同轴线等等，非线性器件有双极晶体管，场效应晶体管，二极管等等。"EMSight"模拟器是一个三维电磁场模拟程序包，可用于平面高频电路和天线结构的分析。特点是把修正谱域矩量法与直观的视窗图形用户界面(GUI)技术结合起来，使得计算速度加快许多。它可以分析射频集成电路(RFIC)、微波单片集成电路(MMIC)、微带贴片天线和高速印制电路(PCB)等电路的电气特性。软件最新版本为Microwave Office2006。
2.5 Ansys公司的FEKO 软件介绍
FEKO 是针对天线设计、天线布局与电磁兼容性分析而开发的专业电磁场分析软件，它基
于矩量法（MoM：Method of Moment），拥有高效的多层快速多极子法，并将矩量法与高频分析方法（物理光学PO：Physical Optics，一致性绕射理论UTD：Uniform Theory of Diffraction）完美结合，从而非常适合于分析天线设计中的各类电磁场分析问题：对于电小结构的天线，FEKO中可以采用完全的矩量法进行分析；对于具有电小与电大尺寸混合结构的天线，FEKO中既可以采用多层快速多极子法，又可以采用混合方法：用矩量法分析电小结构部分，而用高频方法分析电大结构部分。而且，FEKO支持天线工程中的各种激励方式，输出天线的各种电性能参数。它可以计算非常复杂的3D结构和环境，擅长电大尺寸，常被用做飞机电磁性能的建模和仿真。软件最新版本为FEKO 5.2。
2.6 Ansoft Designer
Designer是Ansoft公司推出的微波电路和通信系统仿真软件；它是第一个将高频电路系统,版图和电磁场仿真工具无缝地集成到同一个环境的设计工具，这种集成不是简单和界面集成,其关键是Ansoft Designer独有的"按需求解"的技术,它使你能够根据需要选择求解器,从而实现对设计过程的完全控制。Ansoft Designer实现了“所见即所得”的自动化版图功能，版图与原理图自动同步，大大提高了版图设计效率。同时,Ansoft还能方便地与其他设计软件集成到一起，并可以和测试仪器连接，完成各种设计任务，如频率合成器，锁相环，通信系统，雷达系统以及放大器，混频器，滤波器，移相器，功率分配器，合成器和微带天线等。主要应用于：射频和微波电路的设计，通信系统的设计，电路板和模块设计，部件设计。现在最新的版本是Ansoft Designer 3.0。
2.7 SuperNEC
采用MoM法，要使用MatLab平台。这个会限制它的计算速度，因为MatLab是行解释型的，代码不编译。
三、基于时域有限差分法FDTD的微波仿真软件
FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式，得到关于场分量的有限差分式，针对不同的研究对象，可在不同的坐标系中建模，因而具有这几个优点，容易对复杂媒体建模，通过一次时域分析计算，借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应；能够实时在现场的空间分布，精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性；计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制，其网格空间不能无限制的增加，造成FDTD方法不能适用于较大尺寸，也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多，若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸，而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合，目前这种技术正蓬勃发展，如时域积分方程／FDTD方法，FDTD／MOM等。FDTD的应用范围也很广阔，诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等。目前所有FDTD的软件都是采用PML吸收边界条件。
基于时域有限差分的仿真软件包括：Zeland FIDELITY、IMST Empire和XFDTD等。
3.1 Zeland FIDELITY仿真软件
FIDELITY是基于非均匀网格的时域有限差分方法的全三维电磁场仿真器，可以解决具有复杂填充介质求解域的场分布问题。仿真结果包括S-、Y-、Z-参数，VSWR，RLC等效电路，近场分布，波印廷矢量和辐射方向图等。FIDELITY可以分析非绝缘和复杂介质结构的问题。它在微波/毫米波集成电路（MMIC）、RF印制板电路、微带天线、线电线和其它形式的RF天线、HTS电路及滤波器、IC的内部连接和高速数字电路封装，EMI及EMC方面的应用。
FIDELITY的特点有：1)可对真正的三维金属和非绝缘介质结构进行建模；2)高效、高准确非均匀网格的FDTD仿真引擎；3)能方便地对分析目标排列定位和几何结构的编辑与检查；
4）可对非各向同性介质填充的同轴波导和矩形波导进行建模；5）具有自动网格生成功能、网格优化功能和对输入的几何结构进行单独网格生成功能；6）预定义同轴、微带、矩形波导和用户定义端口；7）不同边界条件的实现（如PML）；8）集成的预处理和后处理功能，包括S参数提取和时域信号显示；9）辐射方向图的计算、近场动态显示功能；10）具有切片显示功能的三维和二维电场、磁场及坡印廷矢量的显示；11）一次仿真即可得到宽带频谱的功能；12）平面波激励和SAR计算功能
3.2 IMST Empire 仿真软件
IMST Empire是非常优秀的高频电磁场套件，德国人的东西。它是一种基于3D的时域有限差分的方法，这种方法已经变成RF元件设计的标准。它的应用范围从分析平面结构、互联、的多端口集成到微波波导、天线、EMC问题。EMPIRE基本覆盖了RF设计3D场仿真的整个领域。根据用户的定义的频率范围，一次的仿真的运行，就可以得到散射参数、辐射参数和辐射场图。对于结构的定义，3D编辑器集成到EMPIRE软件中。AUTOCADTM是一个流行的机械画图工具，可以在EMPIRE环境中使用。监视窗口和动画可以给出电磁波的现象，并获得准确的结果。获得欧洲多次仿真大赛的优胜，仿真题目是一个Vivalti天线，速度最快，又最准确。但是正如德国人的问题，好是好，但又有太过明显缺陷。建模法太复杂，学起来比较困难。软件最新版本为IMST Empire 4.12。
3.3 XFDTD 仿真软件
XFDTD是Remcom公司推出的基于时域有限差分法(FDTD）的三维全波电磁场仿真软件。XFDTD用户界面友好、计算准确；但XFDTD本身没有优化功能，须通过第三方软件Engineous完成优化。该软件最早用于仿真蜂窝电话，长于手机天线和SAR计算。现在广泛用于无线、微波电路、雷达散射计算，化学、光学、陆基警戒雷达和生物组织仿真。经常和很多测试SAR的硬件系统联系在一起，在加载人体电磁模型后可以计算SAR值。缺点是天线Pattern没有3D显示，只有2D截面。这个缺点已在新版本中改进。软件最新版本为XFDTD 6.0。
四、基于有限元的微波EDA仿真软件
将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情，它比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化，得到通用的计算程序，而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长，由于他是区域性解法，分割的元素数和节点数较多，导致需要的初始数据复杂繁多，最终得到的方程组的元数很大，这使得计算时间长，而且对计算机本身的存储也提出了要求。
4.1 基于有限元的典型仿真软件是：Ansoft HFSS。
Ansoft HFSS是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场，可直接得到特征阻抗、传播常数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。该软件被广泛应用于无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域。
Ansoft HFSS采用自适应网格剖分，ALPS快速扫频，切向元等专利技术，集成了工业标准的建模系统，提供了功能强大、使用灵活的宏语言，直观的后处理器及独有的场计算器，可计算分析显示各种复杂的电磁场，并利用Optimetrics可对任意的参数进行优化和扫描分析。使用Ansoft HFSS，可以计算：1）基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题。2）端口特征阻抗和传输常数。3）S参数和相应端口阻抗的归一化S参数。4）结构的本征模或谐振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的
设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。软件最新版本为ansoft HFSS 10。
五、基于时域有限积分FITD的微波仿真软件CST MICROWA VE STUDIO
CST的Microwave Studio，大家一直以为它是采用FDTD方法进行仿真，其实它是时域积分法（FITD），当然其实两种方法比较接近。和FEM方法不同，FDTD或者FITD都是先在时域计算，用一个宽频谱的激励信号（方波或者高斯波都有）去激励模型，在时域计算然后去反演到频域。系统的网络参数和场参数基本上是反演后的得到的。特点是可以计算相当大的带宽结果，而不需要象用HFSS，可能要把大带宽分割后分别仿真。CST计算过程中，由于没有FEM计算过程中矩阵求逆过程，计算时间和网格数成线性增长关系，而FEM的是指数增长关系。CST的MWS从4.3版起，开始有了大小网格嵌套技术，在曲面上细化六面体网格逼进曲面。这是其它FDTD套件所没有的。CST的MWS最大的问题是不象HFSS的那么傻瓜化，很多参数即使看了help也不是很能让人理解。如果很深入了解MWS内部细节，估计可以一次性不用收敛做出完美的仿真。传统的电路仿真软件仿真是快速的，但是，当考虑集肤效应损耗和材料的复杂性，结果的准确性将受到大幅度的影响。像CST的3D仿真软件克服了这种限制，可以解决任意几何形状的下所建立的麦克斯韦方程，包括复杂的材料模式。软件最新版本为CST 2006B。
其他的微波射频相关的EDA软件还有Ansoft公司的Serenade 8.71、Esemble 8.0、SIwave 2.0、Ansoft Links 3.0、Optimatrics，CST公司的CST Mafia 4.1、CST EM Studio 2.0，Ansys公司的Ansys，Eagleware-Elanix公司的Eagleware Genesys及其它SemCAD、ADF－EMS、Aplac、Conformal FDTD等。这里限于时间篇幅就不一一介绍了。
目前，随着电子计算机技术的发展，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题，但各种数值计算方法都各有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视，很多软件也开始逐渐集成利用各种算法进行优化计算，这也是未来电磁场EDA软件发展的趋势。其实对于实际的工程仿真来说，有一个FEM＋FDTD＋MoM的仿真软件组合最好
LES,DNS,RANS模型计算量比较 摘要：湍流流动是一种非常复杂的流动，数值模拟是研究湍流的主要手段，现有的湍流数值模拟的方法有三种：直接数值模拟（Direct Numerical Simulation: DNS），Reynolds平均方法（Reynolds Average Navier-Stokes: RANS）和大涡模拟(Large Eddy Simulation: LES)。直接数值模拟目前只限于较小Re数的湍流，其结果可以用来探索湍流的一些基本物理机理。RANS方程通过对Navier-Stokes方程进行系综平均得到描述湍流平均量的方程；LES方法通过对Navier-Stokes方程进行低通滤波得到描述湍流大尺度运动的方程，RANS和LES方法的计算量远小于DNS，目前的计算能力均可实现。 关键词：湍流；直接数值模拟；大涡模拟；雷诺平均模型 1 引言 湍流是空间上不规则和时间上无秩序的一种非线性的流体运动，这种运动表现出非常复杂的流动状态，是流体力学中有名的难题，其 性。传统计算复杂性主要表现在湍流流动的随机性、有旋性、统计[]1 流体力学中描述湍流的基础是Navier-Stokes（N-S）方程，根据N-S 方程中对湍流处理尺度的不同，湍流数值模拟方法主要分为三种：直接数值模拟（DNS）、雷诺平均方法（RANS）和大涡模拟（LES）。直接数值模拟可以获得湍流场的精确信息，是研究湍流机理的有效手段，但现有的计算资源往往难以满足对高雷诺数流动模拟的需要，从而限制了它的应用范围。雷诺平均方法可以计算高雷诺数的复杂流动，但给出的是平均运动结果，不能反映流场紊动的细节信息。大涡模拟基于湍动能传输机制，直接计算大尺度涡的运动，小尺度涡运动对大尺度涡的影响则通过建立模型体现出来，既可以得到较雷诺平均方法更多的诸如大尺度涡结构和性质等的动态信息，又比直接数值模拟节省计算量，从而得到了越来越广泛的发展和应用。
各大仿真软件介绍（包括算法，原理） 随着无线和有线设计向更高频率的发展和电路复杂性的增加，对于高频电磁场的仿真，由于忽略了高阶传播模式而引起仿真的误差。另外，传统模式等效电路分析方法的限制，与频率相关电容、电感元件等效模型而引起的误差。例如，在分析微带线时，许多易于出错的无源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯曲、开路、缝隙等等，在这种情况下是多模传输。为此，通常采用全波电磁仿真技术去分析电路结构，通过电路仿真得到准确的非连续模式S参数。这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。通常，数值解法分为显示和隐示算法，隐示算法（包括所有的频域方法）随着问题的增加，表现出强烈的非线性。显示算法（例如FDTD、FIT方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类，对常用的微波EDA仿真软件进行论述。2．基于矩量法仿真的微波EDA仿真软件基于矩量法仿真的EDA 软件主要包括A D S（Advanced Design System）、Sonnet电磁仿真软件、IE3D和Microwave office。 2.1ADS仿真软件Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件，是为系统和电路工程师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天／防御的应用，从最简单到最复杂，从离散射频／微波模块到集成MMIC。从电路元件的仿真，模式识别的提取，新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。该软件可以在微机上运行，其前身是工作站运行的版本MDS（Microwave Design System）。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导，可以使用智能化的设计规范的用户界面来分析和综合射频／微波回路集总元滤波器，并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件，大到系统级的设计和分析。尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或非线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，使之成为设计人员的有效工具[6-7]。2.2Sonnet仿真软件Sonnet是一种基于矩量法的电磁仿真软件，提供面
Proteus仿真软件简介
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件，可完成从原理图布图、PCB设计、代码调试到单片机与外围电路的协同仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC、A VR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。Proteus软件主要具有以下特点： ①具有强大的原理图绘制功能。 ②实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路的系统仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 ③支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、A VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 ④提供软件调试功能。具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各变量以及寄存器等的当前状态，并支持第三方编译和调试环境，如wave6000、Keil等软件。 1. 新建设计文件 运行ISIS，它会自动打开一个空白文件，或者选择工具栏中的新建文件按钮，也可以执行菜单命令：“File”→“New Design”，单击“OK”按钮，创建一个空白文件。不管哪种方式新建的设计文件，其默认文件名都是UNTITLED.DSN，其图纸样式都是基于系统的默认设置，如果图纸样式有特殊要求，用户可以从System菜单进行相应的设置。单击保存按钮，弹出“Save ISIS Design File”对话框，选择好设计文件的保存地址后，在文件名框中输入设计文件名，再单击“保存”按钮，则完成新建设计文件操作，其扩展名自动为.DSN。 2. 选取元器件并添加到对象选择器中 选择主模式工具栏中的按钮，并选择对象选择器中的P按钮，或者直接单击编辑工具栏中的按钮，也可以使用快捷键P（ISIS系统默认的快捷键，表示Pick），会出现如图1所示的选择元器件对话框。 图1选择元器件对话框
4.6.3大涡模拟LSE 大涡模拟LES 基本思想是：湍流运动是湍流运动是由许多大小不同尺度的涡旋组成，大尺度的涡旋对平均流动影响比较大，各种变量的湍流扩散、热量、质量、动量和能量的交换以及雷诺应力的产生都是通过大尺度涡旋来实现的，而小尺度涡旋主要对耗散起作用，通过耗散脉动来影响各种变量。不同的流场形状和边界条件对大涡旋有较大影响，使它具有明显的各向不均匀性。而小涡旋近似于各向同性，受边界条件的影响小，有较大的共性，因而建立通用的模型比较容易。据此，把湍流中大涡旋(大尺度量)和小涡旋(小尺度量)分开处理，大涡旋通过N-S 方程直接求解，小涡旋通过亚格子尺度模型，建立与大涡旋的关系对其进行模拟，而大小涡旋是通过滤波函数来区分开的。对于大涡旋，LES 方法得到的是其真实结构状态，而对小涡旋虽然采用了亚格子模型，但由于小涡旋具有各向同性的特点，在采用适当的亚格子模式的情况下，LES 结果的准确度很高。 大涡模拟LES 有四个一般的步骤： ①定义一个过滤操作，使速度分解u(x,t)为过滤后的成分(),u x t 和亚网格尺度成分u ’(x,t)，这里要特别指出：过滤操作和Reynolds 分解是两个不同的概念，亚网格尺度SGS 成分u ’(x,t)与Reynolds 分解后的速度脉动值是两个不同的量。过滤后的三维的时间相关的成分()t x u ,表示大尺度的涡旋运动； ②由N-S 方程推导过滤后的速度场进化方程，该方程为一个标准形式，其中包含SGS 应力张量； ③封闭亚网格尺度SGS 应力张量，可采用最简单的涡黏性模型； ④数值求解模化方程，从而获得大尺度流动结构物理量。 （1）过滤操作 LES 方法和一般模式理论不同之处在于对N-S 方程第一步的处理过程不一样。一般模式理论方法是对变量取平均值，LES 方法是通过滤波操作，将变量分成大尺度量和小尺度量。对任一流动变量(),u x t 划分为大尺度量(,)u x t 和小尺度量(),u x t '（亚格尺度）： (,)(,)(,)u x t u x t u x t '=+ 其中大尺度量是通过滤波获得:，过滤操作定义为： ()?-=dr t r x u x r G t x u ),(),(, （4.78） 式中积分遍及整个流动区域，(,)G r x 是空间滤波函数，它决定于小尺度运动的尺寸和结构。 滤波器G 要满足正规化条件 ?=1),(dr x r G （4.79） 亚网格尺度SGS 成分定义为 ),(),(),('t x u t x u t x u -= （4.80） 与Reynolds 分解不同的是，),(t x u 为一个随机的场分布，且 0),('≠t x u
第三章 数值模拟理论与方法 §3.1 流体力学的基本方程 流体运动所遵循的规律是由物理学三大守恒定律规定的，即质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律[44]。 （一）连续方程 0)(=?+??v t ρρ （3.1） 式中 ρ－流体密度 u －流体速度分量 （二）动量方程（x 方向） 对于不可压流体（即0=?v ） x p f v u v x u x ??-+??=??+??ργρρρ)()()( （3.2） 式中 γ－运动粘性系数 p －压力 对于可压缩流体 ()()()()()x p f v x u u v x u x ??-+???+??=????ργργρρρ 31 （3.3） 式中等号后前两项是粘性力 y ，z 方向上的动量方程可类似推出。 （三）能量方程 ()()()v q T k e v e t ερρ++???=??+?? （3.4） 其中 T C e v = 式中等号左边第一项是瞬变项，第二项是对流项，等号右边第一项是扩散项，第二、三项是源项。 所以，流体力学基本方程组为： ()0=?+??v t ρρ
()x p f u u v f t u x ??-+??=??+??ργρ)( ()()y p f v v v f t v y ??-+??=??+??ργρ （3.5） ()()w p f w w v f t w w ??-+??=??+??ρλρ ()()v q e c k e v f e t v ερ++??? ? ????=??+?? §3.2 紊流模式理论概况 §3.2.1 基本方程 在自然界中，真实的流体都具有粘性。粘性流体存在两种不同的运动方式和流态，即层流和紊流。而在自然界和工农业生产中所遇见的流体流动大部分都是紊流。 三维的N-S 方程是目前描述粘性流体运动较为理想的模型，其优点一是应用范围广，在空气、水流、传热等方面均用N-S 方程描述；二是对于有分离、旋涡等情况的复杂三维流动更为适用。 三维直角坐标下的N-S 方程[45]，[46]，即不可压缩粘性流体的动量方程式为： ?????????????+??+??+??-=??+??+??+??-=??+??+??+??-=)()()(222222222222222222z w y w x w z p F Dt Dw z v y v x v y p F Dt Dv z u y u x u x p F Dt Du z y x μρρμρρ μρρ （3.6） 不可压缩流体的连续性方程为： （3.7） 式（3.6）和（3.7）共有四个未知数（u 、v 、w 、p ）和四个方程，加上边界条件，从理论上来讲其解是存在的。但是，要直接求解复杂而详细的粘性流体运动是十分复杂和困难的。其原因是：直接求解N-S 方程要求求解从反映消散运动的最小涡漩尺度到反映大尺度涡体的所有流动尺度，因而只有对简单情况下才有理论解。 0=??+??+??z w y v x u
1 主要介绍以下七种仿真平台(侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真)： 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人，可以被用于研究和教学，除此之外，USARSim是RoboCup救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎ODE(Open Dynamics Engine)，支持三维的渲染和物理模拟，较高可配置性和可扩展性，与Player兼容，采用分层控制系统，开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用UDP协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费GPL条款，多平台支持可以安装并运行在Linux、Windows和MacOS操作系统上。 1.2 Simbad Simbad是基于Java3D的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器，可定制环境和自定义配置传感器模块等功能，采用3D虚拟传感技术，支持单或多机器人仿真，提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易，开源，基于GNU协议，不支持物理计算，可以运行在任何支持包含Java3D库的Java客户端系统上。 1.3 Webots Webots是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台，主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人，可以自定义环境大小，环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置，它使用ODE检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性，可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可供选择的仿真传感器和驱动器，机器人的控制器可以通过内部集成化开发环境或者第三方开发环境进行编程，控制器程序可以用C，C++等编写，机器人每个行为都可以在真实世界中测试。支持大量机器人模型如khepera、pioneer2、aibo等，也可以导入自己定义的机器人。全球有超过750个高校和研究中心使用该仿真软件，但需要付费，支持各主流操作系统包括Linux, Windows和MacOS。 1.4 MRDS-Microsoft Robotics Developer Studio MRDS是微软开发的一款基于Windows环境、网络化、基于服务框架结构的机器人控制仿真平台，使用PhysX物理引擎，是目前保真度最高的仿真引擎之一，主要针对学术、爱好者和商业开发，支持大量的机器人软硬件。MRDS是基于实时并发协调同步CCR(Concurrency and Coordination Runtime)和分布式软件服务DSS(Decentralized Software Services)，进行异步并行任务管理并允许多种服务协调管理获得复杂的行为，提供可视化编程语言(VPL)和可视化仿真环境(VSE)。支持主流的商业机器人，主要编程语言为C#，非商业应用免费，但只支持在Windows操作系统下进行开发。 1.5 PSG-Player/Stage/Gazebo
几款主流电子电路仿真软件优缺点比较 电子电路仿真技术是当今相关专业学习者及工作者必须掌握的技术之一，它有诸多优点：第一，电子电路仿真软件一般都有海量而齐全的电子元器件库和先进的虚拟仪器、仪表，十分方便仿真与测试；第二，仿真电路的连接简单快捷智能化，不需焊接，使用仪器调试不用担心损坏；大大减少了设计时间及金钱的成本；第三，电子电路仿真软件可进行多种准确而复杂的电路分析。 随着电子电路仿真技术的不断发展，许多公司推出了各种功能先进、性能强劲的仿真软件。既然它们能百家争鸣，那么肯定是在某些方面各有优劣的。下面就针对几款主流电子电路仿真软件的优缺点进行比较。 (1) Multisim 在模电、数电的复杂电路虚拟仿真方面，Multisim是当之无愧的一哥。它有形象化的极其真实的虚拟仪器，无论界面的外观还是内在的功能，都达到了的最高水平。它有专业的界面和分类，强大而复杂的功能，对数据的计算方面极其准确。在我们参加电子竞赛的时候，特别是模拟方向的题目，我们用得最多的仿真软件就是Multisim。同时，Multisim不仅支持MCU，还支持汇编语言和C语言为单片机注入程序，并有与之配套的制版软件NI Ultiboard10，可以从电路设计到制板layout一条龙服务。 Multisim的缺点是，软件过于庞大，对MCU的支持不足，制板等附加功能比不上其他的专门的软件。 （2）Tina Tina的界面简单直观，元器件不算多，但是分类很好，而且TI公司的元器件最齐全。在比赛时经常用到TI公司的元器件，当在Multisim找不到对应的器件时，我们就会用到Tina来仿真。 Tina的缺点是，功能相对较少，对TI公司之外的元器件支持较少。 (3) Proteus
eM-Ｐｌaｎt 生产系统仿真软件功能介绍ｅM-Plaｎt是用C++实现的关于生产、物流和工程的仿真软件。它是面向对象的、图形化的、集成的建模、仿真工具,系统结构和实施都满足面向对象的要求。 e M－Plant可以对各种规模的工厂和生产线，包括大规模的跨国企业,建模、仿真和优化生产系统，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链，以便于承接不同大小的订单与混和产品的生产。它使用面向对象的技术和可以自定义的目标库来创建具有良好结构的层次化仿真模型,这种模型包括供应链、生产资源、控制策略、生产过程、商务过程。用户通过扩展的分析工具、
统计数据和图表来评估不同的解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。 用ｅM-Ｐlaｎｔ可以为生产设备、生产线、生产过程建立结构层次清晰的模型。这种模型的建立过程，使用了应用目标库（Appliｃation Object Librari ｅｓ)的组件,而应用目标库(AｐｐｌicaｔioｎObjｅct Libraｒies)是专门用于各种专业过程如总装、白车身、喷漆等等。用户可以从预定义好的资源、订单目录、操作计划、控制规则中进行选择。通过向库中加入自己的对象(objecｔ)来扩展系统库，用户可以获取被实践证实的工程经验用于进一步的仿真研究。 使用e M-Ｐlant仿真工具可以优化产量、缓解瓶颈、减少在加工零件。 考虑到内部和外部供应链、生产资源、商业运作过程,用户可以通过仿真模型分析不同变型产品的影响。用户可以评估不同的生产线的生产控制策略并验证主生产线和从生产线(sub-liｎｅs）的同步。 ｅM－Pｌａｎt能够定义各种物料流的规则并检查这些规则对生产线性能的影响。从系统库中挑选出来的控制规则（ｃontrol rｕlｅs）可以被进一步的细化以便应用于更复杂的控制模型。 用户使用e M-Plａｎｔ试验管理器（ExｐerimenｔManageｒ)可以定义试验,设置仿真运行的次数和时间,也可以在一次仿真中执行多次试验。用户可以结合数据文件，例如Exｃeｌ格式的文件来配置仿真试验。 使用ｅM-Pｌant可以自动为复杂的生产线找到并评估优化的解决方案。在考虑到诸如产量、在制品(invｅｎtｏｒy）、资源利用率、交货日期（ｄeｌivery daｔes）等多方面的限制条件的时候，采用遗传算法(geｎetic aｌgoｒiｔ
模拟仿真软件介绍 模拟仿真技术发展至今，用于不同领域、不同对象的模拟仿真软件林林总总，不可胜数，仅对机械产品设计开发而言，就有机构运动仿真软件，结构仿真软件，动力学仿真软件，加工过程仿真软件（如：切削加工过程仿真软件、装配过程仿真软件、铸造模腔充填过程仿真软件、压力成型过程仿真软件等），操作训练仿真软件，以及生产管理过程仿真软件，企业经营过程仿真软件等等。这里仅以一种微机平台上的三维机构动态仿真软件为例，介绍模拟仿真软件的结构和功能。 DDM（Dynamic Designer Motion）是DTI（Design Technology International）公司推出的、工作于AutoCAD和MDT平台上的微机全功能三维机构动态仿真软件，包含全部运动学和动力学分析的功能，主要由建模器、求解器和仿真结果演示器三大模块组成（见图1）。 1.DDM建模器的功能 1）设定单位制。 2）定义重力加速度的大小和方向。 3）可以AutoCAD三维实体或普通图素（如直线、圆、圆弧）定义运动零件。 4）可以定义零件质量特性：
图1 DDM仿真软件模块结 ①如果将三维实体定义为零件，可以自动获得其质量特性。 ②如果用其他图素定义零件，则可人工设定质量特性。 5）可以定义各种铰链铰链用于连接发生装配关系的各个零件，系统提供六种基本铰链和两种特殊铰链。 基本铰链： ①旋转铰——沿一根轴旋转。 ②平移铰——沿一根轴移动。 ③旋转滑动铰——沿一根轴旋转和移动。 ④平面铰——在一个平面内移动并可沿平面法线旋转。 ⑤球铰——以一点为球心旋转。 ⑥十字铰——沿两根垂直轴旋转。 特殊铰链：
电磁场仿真软件简介 随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展，在最近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件。在这些软件中，多数软件都属于准3维或称为2.5维电磁仿真软件。例如，Agilent公司的ADS（Advanced Design System）、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等。目前，真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE。从理论上讲，这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能。其中，HFSS（HFSS是英文高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写）是一种最早出现在商业市场的电磁场三维仿真软件。因此，这一软件在全世界有比较大的用户群体。由于HFSS进入中国市场较早，所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。 德国CST公司的MicroWave Studio（微波工作室）是最近几年该公司在Mafia软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件。它吸收了Mafia软件计算速度快的优点，同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变。就目前发行的版本而言，CST 的MWS的前后处理界面及操作界面比HFSS好。Ansoft也意识到了自己的缺点，在刚刚推出的新版本HFSS（定名为Ansoft HFSS V9.0）中，人机界面及操作都得到了极大的改善。在这方面完全可以和CST媲美。在性能方面，两个软件各有所长。在速度和计算的精度方面CST和ANSOFT成绩相差不多。值得注意的是，MWS采用的理论基础是FIT（有限积分技术）。与FDTD（时域有限差分法）类似，它是直接从Maxwell 方程导出解。因此，MWS可以计算时域解。对于诸如滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法(FEM)，这是一种微分方程法，其解是频域的。所以，HFSS如果想获得频域的解，它必须通过频域转换到时域。由于，HFSS是用的是微分方法，所以它对复杂结构的计算具有一定的优势。 另外，在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件：ANSYS 。ANSYS是一个基于有限元法(FEM)的多功能软件。该软件可以计算工程力学、材料力学、热力学和电磁场等方面的问题。它也可以用于高频电磁场分析（应用例如：微波辐射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等）。其功能与HFSS和CST MWS类似。但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解，因此，对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难。对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉及的任意形状三维电磁场仿真方面不如HFSS更专业、更理想。实际上，ANSYS软件的优势并不在电磁场仿真方面，而是结构静力/动力分析、热分析以及流体动力学等。但是，就其电磁场部分而言，它也能对任意三维结构的电磁特性进行仿真。 虽然，Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE也可以仿真三维结构。
电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由
六款主流电子电路仿真软件优缺点比较 随着电子电路仿真技术的不断发展，许多公司推出了各种功能先进、性能强劲的仿真软件。既然它们能百家争鸣，那么肯定是在某些方面各有优劣的。本文主要针对Multisim、Tina、Proteus、Cadence、Matlab仿真工具包Simulink及Altium Designer等这六款软件的优缺点做了对比分析，具体的跟随小编一起来了解一下。 （1）Multisim在模电、数电的复杂电路虚拟仿真方面，Multisim是当之无愧的一哥。它有形象化的极其真实的虚拟仪器，无论界面的外观还是内在的功能，都达到了的最高水平。它有专业的界面和分类，强大而复杂的功能，对数据的计算方面极其准确。在我们参加电子竞赛的时候，特别是模拟方向的题目，我们用得最多的仿真软件就是Multisim。同时，Multisim不仅支持MCU，还支持汇编语言和C语言为单片机注入程序，并有与之配套的制版软件NI Ultiboard10，可以从电路设计到制板layout一条龙服务。 Multisim的缺点是，软件过于庞大，对MCU的支持不足，制板等附加功能比不上其他的专门的软件。 （2）TinaTina的界面简单直观，元器件不算多，但是分类很好，而且TI公司的元器件最齐全。在比赛时经常用到TI公司的元器件，当在Multisim找不到对应的器件时，我们就会用到Tina来仿真。 Tina的缺点是，功能相对较少，对TI公司之外的元器件支持较少。 （3）ProteusProteus作为一款集电路仿真、PCB设计、单片机仿真于一体软件，它不仅含有大量的基于真实环境的元器件，支持众多主流的单片机型号及通用外设模型，还提供最优秀的实时显示效果，它的动态仿真是基于帧和动画的，因此提供更好的视觉效果。Proteus支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、A VR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。
《粘性流体力学》小论文 题目：浅谈大涡模拟 学生姓名：丁普贤 学生学号：103911018 完成时间：2010/12/16
浅谈大涡模拟 丁普贤 （中南大学,能源科学与工程学院，湖南省长沙市，410083） 摘要：湍流流动是一种非常复杂的流动，数值模拟是研究湍流的主要手段，现有的湍流数值模拟的方法有三种：直接数值模拟、大涡模拟和雷诺平均模型。本文主要是介绍大涡模拟，大涡模拟的思路是：直接数值模拟大尺度紊流运动，而利用亚格子模型模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动的影响。大涡模拟在计算时间和计算费用方面是优于直接数值模拟的，在信息完整性方面优于雷诺平均模型。本文还介绍了对N-S方程过滤的过滤函数和一些广泛使用的亚格子模型，最后简单对一些大涡模拟的应用进行了阐述。 关键词：计算流体力学；湍流；大涡模拟；亚格子模型
A simple study of Large Eddy Simulation DING Puxian (Central South University, School of Energy Science and Power Engineering, Changsha, Hunan, 410083) Abstract：Turbulent flow is a very complex flow, and numerical simulation is the main means to study it. There are three numerical simulation methods: direct numerical simulation, large eddy simulation,Reynolds averaged Navier-Stokes method. Large eddy simulation (LES) is mainly introduced in this paper. The main idea of LES is that large eddies are resolved directly and the effect of the small eddies on the large eddies is modeled by subgrid scale model. Large eddy simulation calculation in computing time and cost is superior to direct numerical simulation, and obtain more information than Reynolds averaged Navier-Stokes method. The Navier-Stokes equations filtering filter function and some extensive use of the subgrid scale model are simply discussed in this paper. Finally, some simple applications of large eddy simulation are told. Key words：computational fluid dynamics; turbulence; large eddy simulation; subgrid scale model
电子设计常用软件介绍： 电子设计常用软件介绍： 随着计算机在国内的逐渐普及，EDA软件在电子行业的应用也越来越广泛，但和发达国家相比，我国的电子设计水平仍然存在着相当大的差距，而中国已走到了WTO的门口，随着加入WTO，电子行业将会受到较大的冲击，许多从事电子设计工作的人员对EDA软件并不熟悉，笔者因此作此文以让这些同业者对此有些了解，并以此提高他们的电子设计在电脑方面应用的水平。以下是一些国内最为常用的EDA软件。 PROTEL：PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运汹DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL 已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上访问它的站点：https://www.doczj.com/doc/e07172925.html, ORCAD：ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件，它是世界上使用最广的 EDA软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少数的电子设计者使用它，它进入国内是在电脑刚开始普及的94年，记得笔者当时的电脑还是40M硬盘2M 内存的386，而ORCAD4.0却占据了20多M的硬盘空间，使笔者不得不忍痛删掉它。早在工作于DOS环境的ORCAD4.0，它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的介面友好且直观，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EAD软件中的首选。ORCAD公司在今年七月与CADENCE公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，它的产品ORCAD世纪集成版工作于WINDOWS95与WINDOWSNT环境下，集成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块，它的强大功能导致了它的售价不菲，在北美地区它的世纪加强版就卖到了＄7995（看清了是＄而不是￥，我仿佛看到了比尔盖茨流下的口水，一套ORCAD可是等于100套WINDOWS98啊），对ORCAD有兴趣的读者可以去访问它的站点：https://www.doczj.com/doc/e07172925.html,或
燃气轮机模型燃烧室的大涡模拟 徐宝鹏1，曾佑杰1，马宏宇2，赵凯岚2，金戈2 （1.大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连116024；2.中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015） 摘要：燃烧室内的燃油雾化、蒸发以及和空气进行混合过程对燃烧过程有重要影响。提出1种基于大涡模拟的数学模型来模拟燃烧室内燃料喷射、蒸发和混合过程。被空间滤波掉的亚网格尺度涡对大尺度涡的影响由求单方程SGS 湍流模型进行模拟。采用拉格朗日法和蒙特卡洛技术对流场中的喷雾粒子进行采样跟踪，采样喷雾粒子在流场中作为点源项与气相进行质量、动量和能量的双向耦合。提出1个基于SGS 湍流动能的双向耦合模型来模拟SGS 脉动速度对喷雾粒子运动的影响以及喷雾相对SGS 湍流动能的影响。通过对1个同轴模型燃烧室中的喷雾蒸发及混合过程的大涡模拟，将预测结果和试验值进行了比较，预测值和试验值吻合良好，验证了模型的可靠性。 关键词：燃烧室；燃气轮机；大涡模拟；双向耦合；燃油雾化 中图分类号：V211.3文献标识码：A doi ：10.13477/https://www.doczj.com/doc/e07172925.html,ki.aeroengine.2014.03.003 Large Eddy Simulation of a Gas Turbine Model Combustor XU Bao-peng 1,ZENG You-jie 1,MA Hong-yu 2,ZHAO Kai-lan 2,JIN Ge 2 (1.School of Energy and Power Engineering,Dalian University of Technology,Liaoning Dalian 116024,China;2.AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China ) Abstract:Fuel atomization,evaporation and mixing with air in gas turbine combustors are vital to the subsequent combustion process.Numerical formulation based on large eddy simulation is proposed to model fuel injection,evaporation and mixing in a gas turbine combustor.The proposed model adopts a one-equation subgrid scale turbulent model to handle the effect of the filtered subgrid scale eddies on the solved large scale eddies.Spray droplets are tracked using both Lagrangian method and Mento Carlo technique,and the sampled spray particles are regarded as point sources to conduct two-way couplings of mass,momentum and energy.The two-way coupling model based on SGS turbulent kinetic energy is used to model the mutual influences between SGS fluctuating velocity and the movement of spray droplets.The proposed models are validated against a large simulation of a co-axial model combustor and the predictions are compared to the experimental data.Good agreements are obtained,which demonstrate the reliability of the proposed models.Key words:combustor ;gas turbine;large eddy simulation;two-way coupling;atomization 航空发动机Aeroengine 第40卷第3期 Vol.40No.3 Jun.2014 收稿日期：2013-08-14基金项目：燃气轮机重大项目联合培育基金（2011LH006）资助 作者简介：徐宝鹏（1969）,男，博士，教授，主要研究方向为计算流体力学、两相流和燃烧学；E-mail:xbp624@https://www.doczj.com/doc/e07172925.html, 。引用格式：0引言 试验研究表明，燃油在燃气轮机燃烧室内的雾 化、蒸发及与空气进行混合的过程对直喷或预混燃烧 室中的燃烧过程起至关重要的作用[1-3]。Fric [3]通过试 验研究发现，燃料混合在空间上的不均匀性和时间上 的脉动性对氮氧化物的排放量有显著影响；此外,燃 烧室内的流动状态以及燃油喷雾粒子的大小和速度 分布对燃烧过程同样有重要影响。光学测试和数值模拟是目前研究燃烧室内燃油混合及燃烧过程的2种主要方法。光学测试已被成功应用于燃油喷射及混合过程的研究中[4-6]，但使用数值模拟方法对燃烧前喷雾的分布情况进行理论研究的文献较少，且现有的数值模拟工作大都采用基于雷诺时间平均的RANS 方法。以往的数值研究表明，RANS 方法无法准确预测燃烧室内的回流流动，且其稳态特性也不能准确预测燃料的混合及燃烧过程[7]。大涡模