渦流的案例
【渦流檢測技術】
無損檢測方法：渦流檢測技術
利用電磁感應原理，通過檢測被檢測工件內感生渦流的變化來無損地評定導電材料及其工件的某些性能，或發現缺陷的無損檢測方法稱為無損檢測。在工業生產中，渦流檢測是控制各種金屬材料及少數非金屬（如石墨、碳纖維復合材料等）及其產品品質的主要手段之一。與其他無損檢測方法比較，渦流檢測更容易實現自動化，特別是對管，棒和線材等型材有著很高的檢測效果。
渦流檢測
渦流是將導體放入變化的磁場中時，由于在變化的磁場周圍存在著渦旋的感生電場，感生電場作用在導體內的自由電荷上，使電荷運動，形成渦流。
渦流檢測Eddy current Testing（縮寫 ET）。已知法拉第電磁感應定律，在檢測線圈上接通交流電，產生垂直于工件的交變磁場。檢測線圈靠近被檢工件時，該工件表面感應出渦流同時產生與原磁場方向相反的磁場，部分抵消原磁場，導致檢測線圈電阻和電感變化。若金屬工件存在缺陷，將改變渦流場的強度及分布，使線圈阻抗發生變化，檢測該變化可判斷有無缺陷。
隨著微電子學和計算機技術的發展及各種信號處理技術的采用，渦流檢測換能器、渦流檢測信號處理技術及渦流檢測儀器等方面出現長足發展。
渦流檢測的特點
一、優點
1、檢測時，線圈不需要接觸工件，也無需耦合介質，所以檢測速度快。
2、對工件表面或近表面的缺陷，有很高的檢出靈敏度，且在一定的范圍內具有良好的線性指示，可用作質量管理與控制。
3、可在高溫狀態、工件的狹窄區域、深孔壁（包括管壁）進行檢測。
4、能測量金屬覆蓋層或非金屬涂層的厚度。
5、可檢驗能感生渦流的非金屬材料，如石墨等。
6、檢測信號為電信號，可進行數字化處理，便于存儲、再現及進行數據比較和處理。
展開 CFD學習：渦流脫落模擬
作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
當空氣流過機翼或充當阻流體的機身等結構部件時，飛機會發生渦流脫落。
渦流脫落的頻率取決于流動特性、速度和結構設計，并顯著影響飛機的性能。
渦流脫落仿真有助于分析渦流的形成如何影響空氣動力和穩定性，使工程師能夠做出有利于飛機效率的必要優化決策。
渦流脫落對飛機性能有重大影響
水壺在水沸騰時發出嘶嘶聲是什么原因？為什么大風時橋梁會搖晃？這些常見現象是流體流過身體產生旋轉運動的結果。這種行為稱為渦流脫落。這種流動現象也可以應用于復雜的工程應用，例如航空航天、能源或建筑行業，其中流動可能會引起噪音、振動或阻力。
在航空航天設計中，由于飛機機體與流過它的風之間的相互作用，可能會發生渦旋脫落。渦流脫落的頻率直接受機翼的形狀及其在特定空速下的行為方式的影響。深入了解渦流脫落與飛機設計之間關系的更好方法是通過有效的CFD 模擬。
在本文中，我們將了解使用計算流體動力學 (CFD) 的渦流脫落模擬如何幫助我們了解通過飛機機身時遇到的流動模式，以及仔細的設計考慮對于減少任何負面影響是多么重要。
飛機渦流脫落
渦流脫落是流體通過阻流體時產生的流動現象，引起渦流的形成。漩渦是沿著物體的每一側交替出現的漩渦圖案。
在飛機中，機翼、機身和其他結構部件在氣流途中起到阻流體的作用。當飛機移動時，這些組件將氣流分開，形成渦流。在飛機機翼中，這發生在機翼的后緣，在下游留下一股湍流的空氣尾跡。尾流湍流導致飛機后方形成一系列渦流，即渦流脫落。
飛機渦流脫落的頻率取決于許多因素，如下所列。
展開 減少渦流脫落：使用 CFD 模擬和分析振蕩流型
在數學上，頻率可以表示為：
Fs 是渦流脫落頻率或斯特勞哈爾頻率
S 是斯特勞哈爾數
Vo 是流體流動的速度
D是圓柱體的直徑
通過高效的流體系統分析減少渦流脫落
渦流脫落可能不利于流體流動系統在共振頻率或接近共振頻率下的運行。因此，探索減少渦流脫落的方法至關重要。徹底的渦流脫落分析有助于評估：
鈍體結構及其對渦流形成的影響
流體系統分析——結構材料的機械性能和流體特性（溫度、壓力、速度）
流固耦合過程中系統中產生的應力
共振頻率和 VIV 評估
借助 CFD 工具可以更好地執行分析。這些工具不僅可以幫助模擬渦流脫落行為，而且還可以通過求解與流體相關的 Navier-Stokes 方程來深入了解流動動力學。
如上所述，為減少管道流系統中的渦流脫落，建議提供更多的管道支撐以抵消振動。許多實驗還發現，在鈍體（例如熱電偶套管）上增加螺旋槽有利于最大限度地減少渦流脫落的影響。
CFD 工具可幫助您設計可靠的流動系統
Cadence 的 CFD 工具有助于解決流體通過阻流體時的復雜流動問題。這些工具可以對復雜的渦流脫落行為進行數值模擬，并解決壓力、速度和頻率校正問題——所有減少渦流脫落以優化流體系統所需的關鍵計算。
文章來源：cadence博客
展開 在流體流動建模中使用湍流運動粘度計算渦流作用
湍流中的動量和能量傳遞
在湍流中，渦流運動以各種尺寸存在。流體流動中的大部分機械能用于形成渦流，渦流以流體中的熱量形式耗散能量。由于這種散熱，湍流的拖曳力高于層流的拖曳力。
相對于其他渦流運動的不穩定渦流運動是湍流的特征。渦流會產生流體壓力和流體速度的波動。相互作用的渦流交換能量和動量。
存在于管道中心的高速渦流與壁邊界附近的低速渦流相互作用。渦流的混合平衡了動量差異。渦流作用類似于通過分子相互作用消除動量差異的粘度。為了表示渦流作用，使用術語湍流運動粘度或渦流粘度。
湍流運動粘度
湍流運動粘度是一種模型粘度，它解釋了渦流在平滑動量梯度方面的作用。湍流運動粘度是模擬湍流性質的流體流動中能量耗散和傳輸的量。
湍流運動粘度正比于：
流體的密度
渦流速度標尺
渦長尺度
湍流運動粘度沒有物理存在，被認為是湍流中的流動特性（不是流體特性）。
流體的有效粘度
流體的有效運動粘度可以表示為無湍流作用的運動粘度與湍流運動粘度之和。由于流體流動的特性在很大程度上取決于流體粘度，因此在模擬流體流動時了解這些特性非常重要。湍流效應對粘度的影響不容忽視，模型中也需要考慮湍流參數。
Cadence 的工具套件可以幫助您通過準確考慮湍流效應來模擬湍流應用。Cadence CFD 工具可用于了解流體系統設計中的運動動力學。
文章來源：cadence博客
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不要讓渦流繩束縛您的水輪機
Cadence 的產品工程經理 Wout Poncelet 和 Numlberica 的 Hydro CFD 顧問 Remi Lestriez 討論了水輪機內部的流動特性，并展示了可靠的 CFD 模擬，以在非設計條件下對渦流繩進行建模和分析。標題為使用 Omnis CFD 平臺模擬水輪機的視頻演示 可在CadenceTECHTALK 上獲得。
介紹
在水電領域，水輪機主要用于將落水的能量轉化為旋轉機械能，然后再轉化為電能。混流式水輪機或反應式水輪機屬于出現在高達 800 MW 功率范圍內的水輪機類別。這些渦輪機的特點是徑向流入、入口葉片、轉輪和通過尾水管的軸向流出。它們可以在很寬的時間范圍內快速響應任何負載變化。
圖 1. 引導水流進入水輪機的入口葉片（左側）、GAMM 渦輪機的幾何結構（中間）以及渦輪機的部件，即導流管、葉片和轉輪（右側）。
在其最佳效率點的大約 50% 到 70% 的負載下，混流式水輪機會產生空化渦繩，這會導致壓力波動。這種部分負載浪涌也稱為Rheinganz 頻率。此處產生的頻率約為渦輪轉速的 1/3。運行中的這種不穩定行為不僅在部分負載下觀察到，而且在標稱滿載和過載時也觀察到。在本次 Cadence TECHTalk 中，演講者討論了渦流繩對水輪機設計帶來的不同挑戰，以及如何在非設計條件下準確分析渦流繩。
渦流繩帶來的挑戰
渦繩是混流式水輪機尾水管錐體中高雷諾數時發生的一種不穩定現象。在此類渦輪機的尾水管中觀察到兩種類型的渦流：
滿載脈動渦流繩
部分載荷下的螺旋渦流繩。
在非設計條件下運行的水輪機尾水管內的流動通常具有復雜的渦流特征，這會導致氣蝕現象。
展開 技術 | 最新的鈦合金薄板的無損檢測方法——渦流陣列檢測
渦流陣列檢測結果圖像中缺陷顯示清晰，其中近端檢測時，各個規格試板中的缺陷均能被檢測出，信噪比高，缺陷輪廓清晰；遠端檢測時，靈敏度降低，缺陷的檢出率受缺陷自身尺寸和埋藏深度的影響很大，信噪比低，根據圖像顯示統計，能夠檢測出長度不小于4 mm或直徑不小于2 mm，且埋藏深度不大于2 mm的條形或圓形缺陷。
工缺陷試板的渦流陣列檢測結果
5 對比驗證
采用I型柔性渦流陣列探頭對存在自然缺陷的弧狀成型鈦板(4 mm厚)進行檢測，發現兩處條形缺陷(命名為缺陷1和缺陷2)，如下圖所示。
由于渦流陣列檢測的線圈直徑僅為幾毫米(采用的I型柔性探頭內部集成線圈直徑為2 mm)，對于尺寸遠大于線圈直徑的缺陷，下圖的渦流陣列C掃描數字化成像結果顯示較為直觀，能夠反映缺陷的幾何形態，缺陷1與缺陷2的成像顯示尺寸均超過了30 mm。
6 成型鈦板渦流陣列與滲透檢測結果
對該成型板進行滲透檢測，檢測結果顯示在相同位置發現了缺陷1和缺陷2，缺陷長度和形態與渦流陣列C掃描成像結果的顯示基本一致，進一步分析可知兩個缺陷均為表面裂紋。
與滲透檢測相比，渦流陣列技術不僅具有較高的表面缺陷檢測靈敏度，且有一定的近表面缺陷檢測能力。除此之外，數字化成像顯示降低了結果評判的難度，使得檢測結果的實時存儲與分析成為可能，而且檢測效率高、無污染。
展開 [轉載]關于Ansoft maxwell中電機鐵耗和渦流損耗計算的說明
再談一下什么情況下需要做渦流損耗分析。對永磁電機，永磁體受空間高次諧波的影響，會在表面產生渦流損耗；對實心轉子電機，由于是大塊導體，因此渦流損耗占絕大部分。以上兩種情況需要考慮做渦流損耗分析。現以永磁電機為例，具體闡述。對永磁體設置電導率，然后對每個永磁體分別施加零電流激勵源，在excitations/set eddy effect，對永磁體勾選。注意，若只考慮永磁體的渦流損耗，而不考慮電機其他部分（定轉子鐵心）的渦流損耗，則只需要給永磁體賦予電導率值，其他部件不需要賦電導率，這是初學者容易搞錯的地方。簡而言之，只對需要考慮渦流損耗的部件，施加電導率，零電流激勵和set eddy effect。后處理中，通過results/create transient reports/retangular report/solid loss查看渦流損耗隨時間變化曲線。最后，再次強調一下，做渦流損耗分析，需要skin depth based refinement網格剖分才行。
以上方法，適用于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并適用于所有電機種類。
展開 全金屬打印一體化渦流室，跟傳統缺陷徹底說再見
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
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本文共計479字，預計閱讀時間2分鐘
柴油發動機渦流室內部為異形的中空結構，中間大，兩端出口小，若采用傳統的焊接工藝試制方法，新品開發周期長，產品一致性很難保證。
傳統渦流室內部結構圖
安世增材通過旗下自主研發的金屬3D打印機DLM-280，充分利用增材制造技術能夠制造復雜結構的優勢，實現渦流室的一體化打印，有效地解決了這一問題。
通過3D打印技術制造渦流室有以下優勢
提高產品經濟性
金屬3D打印的渦流室，可實現從設計圖紙直接打印的快速測試，減少了中間環節，降低了開發成本。此外，在功率相同的情況下，油耗和煙度都有明顯改善。
▲ 同等條件下模具件渦流室與3D打印渦流室煙度對比
▲ 同等條件下模具件渦流室與3D打印渦流室油耗對比
節約設計時間
通過Materialise magics/BP進行打印前的優化處理，避免了現行鑄造工藝的限制，節約了設計時間，縮短研發周期。
設計靈活
為渦流室結構設計提供了充分的自由度。可以通過3D金屬打印方式快速成型出高度復雜的構件。
器件精度高
克服傳統鑄造工藝缺陷（冷卻不均勻；澆鑄過程中會夾雜空氣形成氣孔形成缺陷等），保證了產品的一致性。
優越的力學性能
采用316L不銹鋼做原材料，經過熱等靜壓致密化處理后，能夠在制品形狀、尺寸幾乎沒有變化的前提下消除內部缺陷、孔隙，使致密度能達到理論密度的99.7%-99.9%，極大的提升材料綜合性能。
展開 【CAE案例】利用三維水動力模型研究模擬澤布魯日港的渦流模式
與基礎工況相比，模擬的渦流模式發生了顯著變化(圖5)。首先，可以看到相同的射流發展(圖5a)。然而，它的位置略有不同。因此初級渦旋的環流略微增強，而形成的次級環流則略弱于基礎工況的次級環流(圖5b)。因此，在使用全場統一的曼寧粗糙度系數后，主渦旋不會隨著時間的推移而消失(圖5c)，最終在退潮階段在港口仍存在有兩個渦流，而不是一個(圖5d)，這與ADCP的測量結果是不一致的。
圖5 在不增加港口沿岸底部摩擦時，渦旋演變過程圖
B．湍流模型/渦流粘度
為了測試水平湍流模型設置對港口模型的敏感性，IMDC的工程師采用了水平渦流粘度恒定為1 m2/s的模型來進行仿真計算。計算表明，采用恒定水平渦流粘度模型時結果比水平渦流粘度約為0.01 m2/s的Smagorinsky格式略高。高粘度系數的使用削弱了港口入口處的射流(圖6a)。隨著時間演進，次級渦旋產生，但仍弱于主渦旋(圖6b)。因此在這種情況下，在退潮開始時，主渦旋仍留在港口(圖6c)，且比次級渦旋略強。然而，隨著時間演進，主渦旋最終消失，流動方向最終與ADCP的測量結果相同(圖6d)。
圖6 采用1m2/s的恒定水平粘滯度的模型計算結果
06 研究結論
IMDC的工程師為了研究澤布魯日港的渦旋，建立了三維水動力的模型。經過對比驗證，水動力模型的計算結果與ADCP的實際測量結果吻合度高。當一個強入流輸入港口，在高水位到達前會形成一個強射流，該射流將產生一個順時針旋轉的主渦旋和一個逆時針旋轉的次級渦旋，其中只有逆時針的次級渦旋在退潮時仍然可見。對水動力模型的敏感性分析表明，計算結果對靠近港口邊緣的河床摩擦非常敏感，且水平渦流粘滯度的變化也會導致港口內出現不同數量的渦。
展開 渦流管——一根破鐵管子為啥能制冷
先看AICFD仿真結果：渦流管入口設置為壓力入口，3個大氣壓，溫度300K。計算后能看到管內空氣的螺旋流動，兩邊的出口能明顯看到溫度差異。冷熱氣體相差28度，
和預想的溫度不太一樣，感覺都有點低，不知是不是設置問題，自己沒檢查出來，回頭把模型放評論區，感興趣的同學可以幫我復現一下，找找原因。
但至少這個仿真驗證了渦流管著實可以冷熱氣分離，接下來就是激動人心的實驗，渦流管有了，需要給它通高壓高速的氣體，這氣兒上哪兒找呢？
于是，我來到了自助洗車店，記得這里有沖水漬用的高壓空氣。先用溫度計測一下高壓空氣的溫度，是21度。接上高壓空氣，低溫出口的溫度是-4度。
這個實驗超出我預期，沒想到低溫一側真的可以這么低，這活活一個急速制冷器啊！而且這鐵管子結構這么簡單，非常結實，能做到一管傳三代，人走管還在，基本沒有用壞的可能性，制冷效果還這么好，它怎不取代空調呢？
這就得說渦流管可能就穩定可靠這一個優點了，剛才實驗過程大家也看到了，噪音特別大，而且需要高壓空氣。
所以適合用它制冷的場景，往往是那種恰好本來有高壓空氣的場景，比如化工廠，食品廠，以及飛機發動機的部件冷卻。如果本來沒有高壓氣，單獨為了渦流管去買壓縮機制造高壓空氣的話，有點像是為了醋包餃子，不太劃算。和冰箱空調比，制冷效率還是有很大差距的。
好了，關于渦流管就說到這兒啦。如果你感興趣的話，可以網上買個試試，洗車的時候熱了，恰好那兒有高壓氣，咱接上管子，就可以自己涼快兒涼快兒了。那咱下期見啦~拜拜
展開 案例分享 | 利用MSC Cradle進行包含翼端渦流區域的螺旋槳氣穴的預測
本研究中，利用CFD仿真對船舶的螺旋槳周圍的氣穴，尤其是翼端部渦流的再現進行了預測，并進行了仿真結果與實驗的比較[1]。
[1] Fujiyama, K. et al, smp'11 Workshop on Cavitation and Propeller Performance, 2011
氣穴發生范圍的預測
自適應網格生成
翼端渦流區域的表現
小結
通過利用MSC Cradle
進行了船用螺旋槳周圍的氣穴發生以及由此引起的推力變化的高精度預測。
另外，利用自適應網格劃分
功能，再現了翼端渦流氣穴的局部現象。
（此
文由MSC Cradle技術部提供
）
展開 
案例分享 | 利用MSC Cradle進行包含翼端渦流區域的螺旋槳氣穴的預測
本研究中，利用CFD仿真對船舶的螺旋槳周圍的氣穴，尤其是翼端部渦流的再現進行了預測，并進行了仿真結果與實驗的比較[1]。
[1] Fujiyama, K. et al, smp'11 Workshop on Cavitation and Propeller Performance, 2011
氣穴發生范圍的預測
自適應網格生成
翼端渦流區域的表現
小結
通過利用MSC Cradle
進行了船用螺旋槳周圍的氣穴發生以及由此引起的推力變化的高精度預測。
另外，利用自適應網格劃分
功能，再現了翼端渦流氣穴的局部現象。
Maxwell-thermal渦流磁熱耦合分析 ￥20
Maxwell-thermal渦流磁熱耦合分析
本例以workbench為耦合平臺，在maxwell中計算的電磁場并導出計算結果作為溫度場的熱源，來計算溫度場的分布。模型如下圖：
coil材料為銅，通以一定值的電流，計算在stock中中的渦流和熱場分布。
電流密度分布：
熱分布：
ABAQUS模擬卡門渦流Step by Step操作 ￥3
采用ABAQUS軟件Step by Step演示如何模擬卡門渦流：
基于v2-f 湍流模型模擬強自由渦流
本案例基于COMSOL軟件的v2-f湍流模型模擬了旋流器內的強渦流運動，仿真結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎交流
