搜索【技术分享】从动部件CFD模拟的便捷方法
2016-09-13 by:CAE仿真在线 来源:互联网
背景描述
运动部件的从动模拟是CFD仿真中经常遇到的一个问题,在处理从动模拟问题时,往往会遇到几方面的问题,比如从动旋转部件的网格划分、从动旋转部件的运动条件设置等等。采用通用的方法(手工制作结构化网格、通用CFD软件从动旋转设置)去处理这些问题时,往往比较费时费力。本方案介绍一种专业又简捷的方法来处理这类问题。
方法优点
1、网格自动划分:自动对从动旋转部件进行网格划分;
2、内置自由度模块:可以很容易的进行从动部件的运动设置;
3、高精度空化模型:对从动部件转子位置发生的空化现象进行高精度分析计算;
4、工程化高精度求解器:面向工程开发的CFD求解程序,计算速度快、精度高;
应用案例一:旋翼式水表从动模拟
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水表工作原理
流体由叶轮盒沿入水口流入,沿叶轮切向方向冲击叶轮使其旋转。叶轮转速通过齿轮传动或者磁电感应器显示于水表表盘,显示流经水表的实际流量。水表受水流的冲击作用,带动表壳内部的叶轮做从动旋转,根据叶轮旋转规律实现水计量。
图1 水表工作原理示意图
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模型处理及网格划分
图2 水表三维模型
图3 水表整体、进口、出口流体域
图4 水表旋转区域流体域
利用软件自带的网格划分工具自动划分从动旋转区域网格以及静止区域网格。
图5 自动划分的旋转区域网格
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从动旋转条件及边界条件设置
计算模型选择如下图所示。
图6 计算模型选择
采用专业模板设置水表属性及运动参数。
图7 专业模板设置水表参数
其中,水表的从动转动速度由DOF(Rotation)自由度模块控制,DOF(Rotation)自由度模块根据水流的冲击大小及水表的转动惯量等属性计算出水表转子的转动速度rotate_1d.omega,单位为Rad/sec,在上图模板里Omega处,单位为RPM,所以在上图中,进行了单位的转换,把Rad/sec转换为了RPM。
图8 旋转速度omg大小设置
DOF自由度模型考虑了转子所受的流体力矩,阻尼力矩,弹簧力矩,外加力矩和摩擦力矩等的受力情况,通过力矩平衡关系最终获得转子的角速度值。本案例中水表考虑弹簧力、外加力、摩擦力的受力情况。
进口设置为速度进口,速度大小为1.6578m/s,出口设置为压力出口,压力大小为102325Pa。
图9 从动条件设置
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水表计算结果
涡轮转子角速度变化曲线如下图所示。
图10 涡轮转子角速度变化曲线
图11 涡轮上力矩变化曲线
图12 Z=0面压力云图
图13 涡轮压力云图
图14 涡轮表面速度大小云图
图15 流线图
应用案例二:摆线马达模拟
图16 摆线马达模拟
应用案例三:径向柱塞马达模拟
图17 径向柱塞马达模拟
应用案例四:液力变矩器模拟
图18 液力变矩器模拟
总结
本方案介绍的CFD方法,对于运动部件的从动模拟,具有以下优势:
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包含专业的运动机械模版,用户在专业的模板引导下进行设置及网格自动划分,因而非常容易使用;
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设计模板包含了大量运动机械CFD模拟的流程和规范,因此降低了对使用者的CFD背景知识的要求,一般设计人员就可以使用;
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求解器在通用CFD求解器基础上做了优化,因此求解速度快,稳定性高;
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直接获得扭矩、功率、流量、压力等参数,不需要人为换算;
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内置DOF自由度模块,容易实现运动机械的从动模拟。
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