齒輪箱是機(jī)械傳動中廣泛應(yīng)用的重要部件，依靠箱體內(nèi)部復(fù)雜的齒輪配合，可實現(xiàn)傳動比和運(yùn)動方向的改變。齒輪箱潤滑性能的好壞，直接影響到自身的綜合性能和使用壽命；飛濺潤滑通過齒輪旋轉(zhuǎn)甩油完成對特定位置的潤滑，是最常用的潤滑方式之一。

ParticleWorks是基于MPS（Moving Particle Semi-implicit）移動粒子半隱式法的CFD分析軟件，可以很好地模擬齒輪箱內(nèi)的飛濺潤滑過程。用戶不必對幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行繁瑣的網(wǎng)格劃分，直接設(shè)置齒輪幾何為旋轉(zhuǎn)邊界，并用一群粒子替代齒輪箱內(nèi)部的流體。通過顯式方法計算粒子粘度、位置、速度等信息，隱式方法求解壓力方程并完成結(jié)果的顯式修正，完成預(yù)設(shè)時間步迭代計算，最終獲得流體的運(yùn)動信息。

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FVM簡介

隨著現(xiàn)代齒輪傳動轉(zhuǎn)速越來越高，齒輪旋轉(zhuǎn)會帶動周圍的空氣劇烈運(yùn)動，形成氣體壓力場，對箱體中油液的飛濺、噴射產(chǎn)生影響，并且風(fēng)阻產(chǎn)生的功率損失將成為齒輪系統(tǒng)總功率損失的重要來源，所以在高速齒輪潤滑設(shè)計中，風(fēng)力影響需引起足夠的關(guān)注。

Particleworks軟件，除了利用粒子表示不可壓縮流體之外，還可以使用FVM（Finite Volume Method）進(jìn)行氣體模擬，完成液體——氣體之間的耦合分析。

邊界條件

當(dāng)考慮氣體與液體的兩相流模擬時，氣體可以通過兩種邊界完成設(shè)置，1、空氣通過設(shè)置FVM入口進(jìn)入分析域；2、在整個分析域內(nèi)考慮氣體：

FVM boundary

FVM入口的類型包括：矩形、圓形，還可以通過外部導(dǎo)入任意幾何設(shè)置；并且氣體流入分析域，可以以固定流速、或設(shè)置初始壓力的方式模擬氣體的流入。

Domain > Detail > FVM Boundary condition

如果考慮整個分析域內(nèi)的氣體，可以在分析區(qū)域Domain中設(shè)置FVM邊界；域可以設(shè)置為壓力邊界Pressure Boundary模擬封閉的空間域、或設(shè)置Outflow邊界模擬氣體可以向外界擴(kuò)散。

FVM計算方法

Particleworks中氣體-液體兩相流計算，可以選擇3種計算方法：PISO瞬態(tài)計算、SIMPLE穩(wěn)態(tài)計算、SIMPLE-PISO穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)的連續(xù)計算。并且氣體的平流方案可以選一階Upwind、二階Linear Upwind兩種方案。

兩相流耦合類型

針對實際中不同的問題模型，考慮氣體與流體之間的耦合關(guān)系。Particleworks軟件中，可以選擇FVM-Particle之間的耦合類型：one-way單向耦合、Two-way雙向耦合，確定液體是否對氣體產(chǎn)生影響。通過調(diào)整參數(shù)，可以修正風(fēng)力的大小。

綜上，正確的使用FVM計算模塊，可以有效的考慮氣體與流體之間的耦合關(guān)系，實現(xiàn)對復(fù)雜兩相流的模擬仿真。在實際的工程模擬中，通常可以與試驗對標(biāo)，修正FVM風(fēng)力參數(shù)，可以更高效和精準(zhǔn)地實現(xiàn)潤滑過程的模擬計算。