【技術(shù)分享】從動(dòng)部件CFD模擬的便捷方法

2016-09-13 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

背景描述

運(yùn)動(dòng)部件的從動(dòng)模擬是CFD仿真中經(jīng)常遇到的一個(gè)問題,在處理從動(dòng)模擬問題時(shí),往往會(huì)遇到幾方面的問題,比如從動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件的網(wǎng)格劃分、從動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件的運(yùn)動(dòng)條件設(shè)置等等。采用通用的方法(手工制作結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、通用CFD軟件從動(dòng)旋轉(zhuǎn)設(shè)置)去處理這些問題時(shí),往往比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本方案介紹一種專業(yè)又簡(jiǎn)捷的方法來(lái)處理這類問題。

方法優(yōu)點(diǎn)

1、網(wǎng)格自動(dòng)劃分:自動(dòng)對(duì)從動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分;

2、內(nèi)置自由度模塊:可以很容易的進(jìn)行從動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)設(shè)置;

3、高精度空化模型:對(duì)從動(dòng)部件轉(zhuǎn)子位置發(fā)生的空化現(xiàn)象進(jìn)行高精度分析計(jì)算;

4、工程化高精度求解器:面向工程開發(fā)的CFD求解程序,計(jì)算速度快、精度高;

應(yīng)用案例一:旋翼式水表從動(dòng)模擬

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(zhuǎn)。葉輪轉(zhuǎn)速通過齒輪傳動(dòng)或者磁電感應(yīng)器顯示于水表表盤,顯示流經(jīng)水表的實(shí)際流量。水表受水流的沖擊作用,帶動(dòng)表殼內(nèi)部的葉輪做從動(dòng)旋轉(zhuǎn),根據(jù)葉輪旋轉(zhuǎn)規(guī)律實(shí)現(xiàn)水計(jì)量。

圖1 水表工作原理示意圖

模型處理及網(wǎng)格劃分

圖2 水表三維模型

圖3 水表整體、進(jìn)口、出口流體域

圖4 水表旋轉(zhuǎn)區(qū)域流體域

利用軟件自帶的網(wǎng)格劃分工具自動(dòng)劃分從動(dòng)旋轉(zhuǎn)區(qū)域網(wǎng)格以及靜止區(qū)域網(wǎng)格。

圖5 自動(dòng)劃分的旋轉(zhuǎn)區(qū)域網(wǎng)格

從動(dòng)旋轉(zhuǎn)條件及邊界條件設(shè)置

計(jì)算模型選擇如下圖所示。

圖6 計(jì)算模型選擇

采用專業(yè)模板設(shè)置水表屬性及運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

圖7 專業(yè)模板設(shè)置水表參數(shù)

其中,水表的從動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由DOF(Rotation)自由度模塊控制,DOF(Rotation)自由度模塊根據(jù)水流的沖擊大小及水表的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等屬性計(jì)算出水表轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)行了單位的轉(zhuǎn)換,把Rad/sec轉(zhuǎn)換為了RPM。

圖8 旋轉(zhuǎn)速度omg大小設(shè)置

DOF自由度模型考慮了轉(zhuǎn)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(guān)系最終獲得轉(zhuǎn)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(jìn)口設(shè)置為速度進(jìn)口,速度大小為1.6578m/s,出口設(shè)置為壓力出口,壓力大小為102325Pa。

圖9 從動(dòng)條件設(shè)置

水表計(jì)算結(jié)果

渦輪轉(zhuǎn)子角速度變化曲線如下圖所示。

圖10 渦輪轉(zhuǎn)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(yīng)用案例二:擺線馬達(dá)模擬

圖16 擺線馬達(dá)模擬

應(yīng)用案例三:徑向柱塞馬達(dá)模擬

圖17 徑向柱塞馬達(dá)模擬

應(yīng)用案例四:液力變矩器模擬

圖18 液力變矩器模擬

總結(jié)

本方案介紹的CFD方法,對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件的從動(dòng)模擬,具有以下優(yōu)勢(shì):

包含專業(yè)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械模版,用戶在專業(yè)的模板引導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)置及網(wǎng)格自動(dòng)劃分,因而非常容易使用;
設(shè)計(jì)模板包含了大量運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD模擬的流程和規(guī)范,因此降低了對(duì)使用者的CFD背景知識(shí)的要求,一般設(shè)計(jì)人員就可以使用;
求解器在通用CFD求解器基礎(chǔ)上做了優(yōu)化,因此求解速度快,穩(wěn)定性高;
直接獲得扭矩、功率、流量、壓力等參數(shù),不需要人為換算;
內(nèi)置DOF自由度模塊,容易實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的從動(dòng)模擬。