一、名称

　　热流体管网系统建模仿真优化软件FloTides

　　二、概要

　　热流体管网系统建模仿真优化软件FloTides是⼀款完全国产⾃主研发的针对流体管网系统的集快速建模、热流固耦合仿真及系统优化于一体的正向设计软件。

　　产品特征

　　1先进的软件构架

　　FloTides软件具有先进的软件构架，基于MBSE的框架理论，不仅软件一体化程度高，能在软件内无缝实现建模、仿真、分析、优化等功能，还能与外部三维建模软件通过接口实现互通，极大提升工程师在管网设计优化过程的用户体验和工作效率。

　　2稳定的核心求解器

　　FloTides软件通过建立流体网络内所有节点上的连续方程、能量守恒方程、组分守恒方程与各支路上的动量守恒方程，结合相应状态方程，构建了通用流体管网的数学模型。在开发过程中，所有数学模型均根据权威文献数据做了严格测试，以确保结果的准确性和一致性。

　　3友好的可视化交互界面

　　FloTides软件为用户提供友好的交互界面和简洁的功能区划分，合理地规划软件指令、科学地展示各类信息，帮助工程师高效开展工作。

　　4内嵌的统一数据库

　　FloTides软件内嵌有稳健的统一数据库，该数据库是一个可部署在网络上的、具有版本控制功能的数据存储中心。通过内嵌数据库可方便地保存和重复使用已有设计模型、仿真模型、试验数据以及自定义函数等。所有设计过程中的参数传递都能借助数据库完成自动完成，无需手工调取，保证数据传递过程的准确无误。

　　FloTides软件的数据库还具备极高的开放性和扩展性，允许用户自行创建数据记录类型并通过脚本指定属性，提升工作效率。

　　5内嵌国内/国际元件计算标准

　　在管网系统设计中，用户可以在即用型元件的性能模型中选用以D.S. Miller的《InternalFlowSystems》为代表的一系列流损计算标准，以快速建立管网系统数字模型。这些性能模型是基于长期的工业规模验证的高度准确的模型。

　　元件的性能模型库，内嵌如下标准/手册：

　　通用：D.S. Miller的著作《Internal FlowSystems》

　　空调：实用供热空调设计手册第二版

　　消防：消防GB-50084、消防GB-50974、消防NFPA-13

　　核电：Crane TP410

　　企标：用户自定义元件库

　　6丰富的元件库和工质库

　　FloTides软件内置丰富的通用元件库，包含阀门、管道、换热器、泵、阻力元件、孔口元件、共轭传热、监测元件等15大类130种元件，能基本满足工业领域众多行业用户的热流体系统建模需求。软件提供元件库的二次开发接口，可增加用户特定类型的元件模型。

　　FloTides软件集成了NIST工质物性库，可对流体进行真实物性计算，软件中添加了核电、航空、船舶、消防等领域中的特殊流体物性，如海水、硼酸溶液、重水、航空煤油、润滑油等。软件还可以对不同流体进行任意比例混合，并对其进行热力学和流体力学性能计算。

　　太泽科技将在后续开发中不断拓展元件库与工质库，致力于软件的持续成长和应用边界的持续延伸。

　　7灵活的后处理功能

　　FloTides软件灵活的后处理功能帮助工程师从不同维度和视角获得多元信息，从而做出高质量的关键决策。

　　软件支持多种形式的后处理，包括：

　　1）元件的参数浮动显示

　　2）元件的参数Output显示

　　3）云图

　　4）文本报告及导出

　　5）参数表格及导出

　　6）曲线及导出

　　8独有的智能数据校准功能

　　对于热流体管网系统中的关键或复杂元件（如泵、压气机、换热器、蒸汽发生器等），FloTides软件可为利用基于AI的数据校准功能为用户提供高精度模型。

　　数据校准功能是太泽科技独有的专利技术，通过引入试验数据或CFD数据，软件将这些元件的经验模型予以自动校准，从而得到具有高度准确性和强大性能预测能力的新模型。数据校准功能可以为用户提高系统仿真的精度，显著提升仿真效果。

　　9基于AI的第四代智能优化技术

　　FloTides软件内嵌的优化模块是基于Al的第四代智能优化系统。在设计阶段，工程师可以自行选择设计变量、设计约束与设计目标，优化模块将能自动训练机器学习模型用于自动迭代，并以极快的收敛速度为用户寻找全局最优方案。在多目标优化决策中，优化模块还可提供多个优化方案供用户自行选择。

　　对于流体管网中高变量、多目标、小样本的优化问题，FloTides软件内嵌的优化器可以高效、精确地辅助用户做出优化决策。

　　10流固耦合传热

　　相较于传统的管网仿真软件，FloTides软件具备领先的流固耦合传热仿真能力。在构建传热网络时，软件可将固体作为计算节点纳入仿真，与环境节点、导热体共同作用，从而解决固体间热传导、固体间热辐射、固体-环境传热、流固耦合传热等问题的计算。这对于进行流体管网系统复杂的传热分析提供了极大的便利。

　　11功能模块接口（FMU）

　　为了实现复杂系统的协同仿真，将不同学科的模型集成到一个系统中进行设计、模拟和分析，FloTides软件支持国际通用FMI标准协议的FMU 功能模拟单元。FloTides软件可将诸如CFD模型、FEA模型等高精度模型，以及其他软件输出的诸如控制模型、电路模型等其他学科模型以FMU的形式接入管网模型，实现多物理场的协同仿真，也可将管网模型导出为FMU形式，接入其他系统进行协同求解。

　　 1D-3DCFD联合仿真通过嵌入式的CFD模块或以FMU功能模块与其他CFD软件连接，FloTides软件可以实现1D-3D的联合仿真，提升系统关键元件的仿真精度。软件能够自动将边界条件和元件参数传递给CFD软件，也能将CFD的仿真结果传回系统模型，用于系统分析或优化元件选型。

　　13降阶模型（ROM）

　　模型降阶是一类将高特征维度的复杂系统通过神经网络或统计学/数学方法降低特征维度从而形成简化系统模型的方法，其生成的简化模型称为降阶模型(Reduced Order Model)。

　　降阶模型具有快速响应，占用计算资源少的特性，可以满足性能快速预测、优化设计、全生命周期故障预测与健康管理等需求。

　　FloTides软件可以将复杂或关键部件的CFD仿真数据或试验数据训练为降阶模型插入流体管网中，其计算精度远高于经验模型，又不需占用大量计算资源，可以很好地满足详细设计的需求。或者可将部分管网子系统封装成保留数个输入输出接口的子系统降阶模型，封装后的子系统可以作为高精度的“构建块”保留在数据库中，方便随时调用。还可以将整个管网系统训练成数个关键输出对于数个关键输入的降解模型，可用于流体管网系统现场调试/运维的实时仿真分析，也可以用于与其他学科系统模型（如机械、控制等）联合快速仿真分析等领域。

　　14模型导入功能

　　FloTides软件的系统几何模型导入、快速建模功能可以为工程师节约超过90%用于构建系统仿真模型的时间。只需简单的几步操作，软件就能将PID控制原理图、管网正等轴测图、原生三维CAD模型导入软件并自动创建模型。

　　消防管网模型快速导入软件案例：

　　消防管网系统快速导入，并能直接在导入模型上完成系统性能验证、系统选型优化、系统运行状态模拟等功能。

　　四 应用案例