FloEFD在改善燃油閥性能方面的應用

背景介紹

Shaw Aero Devices 公司是專門生產航空應用的閥門。 Shaw 的客戶預定了大量的螺線管閥門，這個閥門與Shaw 以前生產的某個閥門產品非常相似。但 Shaw 的閥門必須要滿足一些客戶的要求。

這些螺線管閥門主要用于無人駕駛飛機的燃油控制。歧管內有六個這樣的閥門控制油箱內的油路分布和燃油消耗時保持飛機的平衡。無人駕駛飛機的制造商通過使用更小的燃油泵來增加飛機的有效載荷，這種更小的燃油泵很輕但足以克服標準 Shaw 閥引起的流體壓力損失。為了爭取獲得閥門訂單， Shaw Aero Devices 需要重新設計閥門以消除閥門突縮引起的額外壓力損失。并且整個閥門的研發時間必須滿足客戶時間要求。

Shaw 的工程師清楚的知道重新設計閥門需要至少三個閥門樣品。他們需要將閥門壓降減少 88% 。三個樣品是否足夠？誰能保證一定成功？

解決方案

Preble 使用 Mentor Graphics 的 FloEFD 仿真模擬了最初的閥門設計方案，在一天時間內完成了閥門仿真分析。盡管他有豐富的 CFD 背景知識和經驗，但是與 MCAD 軟件整合在一起的 FloEFD 減輕了他的工作量，主要是因為不需要在 MCAD 和 FloEFD 軟件之間進行模型的傳遞和交換。從 FloEFD 的分析結果中發現最初設計方案閥門的某些方面有改進的可能，通過改變閥門的流量 Preble 能夠找到并且解決閥門所存在的問題。 FloEFD 減少了仿真分析的時間，主要是閥門方案分析時軟件可以自動探測流體和固定區域。

結果描述

從最初閥門方案獲取的信息對整個項目至關重要。首先，可以證明 FloEFD 可以獲得與實測相一致的仿真結果。其次，它可以提示哪些措施可以改進閥門性能。對最初閥門做一個切平面壓力云圖， Preble 注意到閥門的angled wing seat 產生很大的壓力損失。他建立了一個更大開口的閥門，并且沒有 angled wing seat （如下圖所示）。在經過一些細小的修改之后，最終的閥門設計方案得到確定。

通過FloEFD生成了直升機油箱內氣體流動的跡線

最初的 Shaw Aero Devices 螺線管閥門的壓力損失有6Psi，并且不能滿足客戶的要求。壓力切面云圖顯示在螺線管改進之后，壓力損失減少至 1Psi。再做進一步的改進之后，壓力損失可以減少至0.71Psi，滿足客戶要求。

不需要建立實際的閥門物理模型，整個閥門重新設計過程也得到完成。最終新閥門的壓力損失由原先的6.09psi (流量為 4.45gal/min) 減少為0.71psi ，從而滿足了客戶苛刻的要求。同樣重要的是，項目也滿足了客戶對于時間的要求。不像每一個物理樣機需要很長的研發周期， Shaw的工程師在一天不到的時間內完成了閥門的仿真分析。