搜索【技術分享】從動部件CFD模擬的便捷方法
2016-09-13 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
背景描述
運動部件的從動模擬是CFD仿真中經常遇到的一個問題,在處理從動模擬問題時,往往會遇到幾方面的問題,比如從動旋轉部件的網格劃分、從動旋轉部件的運動條件設置等等。采用通用的方法(手工制作結構化網格、通用CFD軟件從動旋轉設置)去處理這些問題時,往往比較費時費力。本方案介紹一種專業又簡捷的方法來處理這類問題。
方法優點
1、網格自動劃分:自動對從動旋轉部件進行網格劃分;
2、內置自由度模塊:可以很容易的進行從動部件的運動設置;
3、高精度空化模型:對從動部件轉子位置發生的空化現象進行高精度分析計算;
4、工程化高精度求解器:面向工程開發的CFD求解程序,計算速度快、精度高;
應用案例一:旋翼式水表從動模擬
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水表工作原理
流體由葉輪盒沿入水口流入,沿葉輪切向方向沖擊葉輪使其旋轉。葉輪轉速通過齒輪傳動或者磁電感應器顯示于水表表盤,顯示流經水表的實際流量。水表受水流的沖擊作用,帶動表殼內部的葉輪做從動旋轉,根據葉輪旋轉規律實現水計量。
圖1 水表工作原理示意圖
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模型處理及網格劃分
圖2 水表三維模型
圖3 水表整體、進口、出口流體域
圖4 水表旋轉區域流體域
利用軟件自帶的網格劃分工具自動劃分從動旋轉區域網格以及靜止區域網格。
圖5 自動劃分的旋轉區域網格
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從動旋轉條件及邊界條件設置
計算模型選擇如下圖所示。
圖6 計算模型選擇
采用專業模板設置水表屬性及運動參數。
圖7 專業模板設置水表參數
其中,水表的從動轉動速度由DOF(Rotation)自由度模塊控制,DOF(Rotation)自由度模塊根據水流的沖擊大小及水表的轉動慣量等屬性計算出水表轉子的轉動速度rotate_1d.omega,單位為Rad/sec,在上圖模板里Omega處,單位為RPM,所以在上圖中,進行了單位的轉換,把Rad/sec轉換為了RPM。
圖8 旋轉速度omg大小設置
DOF自由度模型考慮了轉子所受的流體力矩,阻尼力矩,彈簧力矩,外加力矩和摩擦力矩等的受力情況,通過力矩平衡關系最終獲得轉子的角速度值。本案例中水表考慮彈簧力、外加力、摩擦力的受力情況。
進口設置為速度進口,速度大小為1.6578m/s,出口設置為壓力出口,壓力大小為102325Pa。
圖9 從動條件設置
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水表計算結果
渦輪轉子角速度變化曲線如下圖所示。
圖10 渦輪轉子角速度變化曲線
圖11 渦輪上力矩變化曲線
圖12 Z=0面壓力云圖
圖13 渦輪壓力云圖
圖14 渦輪表面速度大小云圖
圖15 流線圖
應用案例二:擺線馬達模擬
圖16 擺線馬達模擬
應用案例三:徑向柱塞馬達模擬
圖17 徑向柱塞馬達模擬
應用案例四:液力變矩器模擬
圖18 液力變矩器模擬
總結
本方案介紹的CFD方法,對于運動部件的從動模擬,具有以下優勢:
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包含專業的運動機械模版,用戶在專業的模板引導下進行設置及網格自動劃分,因而非常容易使用;
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設計模板包含了大量運動機械CFD模擬的流程和規范,因此降低了對使用者的CFD背景知識的要求,一般設計人員就可以使用;
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求解器在通用CFD求解器基礎上做了優化,因此求解速度快,穩定性高;
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直接獲得扭矩、功率、流量、壓力等參數,不需要人為換算;
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內置DOF自由度模塊,容易實現運動機械的從動模擬。
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