封閉流體的案例
ANSYS Fluent Meshing-離心泵性能仿真網格劃分案例
本教程介紹離心泵性能仿真前處理過程，借助Fluent Meshing 2020R1版本中的Fault-tolerant Meshing 工作流，讓離心泵計算域網格劃分變得簡單、高效；
一、SCDM模型處理
由Solidworks軟件對離心泵三維模型進行建模，主要包括蝸殼，帶有蓋板的葉輪兩部分；
模型導入SCDM中，創建輔助面，封閉葉輪和蝸殼，用于蝸殼和葉輪水體的抽取；
注，適當延長Caps生成線，避免由于旋轉造成模型的不封閉（軟件兼容問題）
注，把蝸殼模型和“caps”定義一個組件，作為一個“Object”，避免抽取流體域失敗（提示有漏洞）；葉輪模型通過選中葉輪出口邊線進行填充，“con”定義為單獨組件，用于創建“Construction Surface”，應用“Surface Mesh”；通過群組功能創建“Inlet”和“Outlet”邊界，用于模型封閉抽取流體域；
模型另存為“*fmd”格式；
二、Fluent Meshing網格劃分
1、啟動FM 2020R1，選擇“FTM”工作流，加載離心泵幾何模型；
2、模型描述；
封閉葉輪進口，蝸殼出口；創建“Construction Surface”；分別定義蝸殼材料點和葉輪材料點；
3、更新計算域（“Wrap”抽取蝸殼流體域，“Surface mesh”基于創建的“Construction Surface”抽取葉輪水體域）；
4、尺寸函數定義，“Curvature”尺寸函數定義；
“Proximity”尺寸函數定義；
限制“交界面”網格尺寸不超過20mm；
5、面網格生成；
6、添加兩層邊界層，填充體網格，體網格數約120萬；
三、Fluent MRF求解
旋轉域定義
展開 Fluent Meshing | 離心泵性能仿真網格劃分案例
本教程介紹離心泵性能仿真前處理過程，借助Fluent Meshing 2020R1版本中的Fault-tolerant Meshing 工作流，讓離心泵計算域網格劃分變得簡單、高效；
一、SCDM模型處理
由Solidworks軟件對離心泵三維模型進行建模，主要包括蝸殼，帶有蓋板的葉輪兩部分；
模型導入SCDM中，創建輔助面，封閉葉輪和蝸殼，用于蝸殼和葉輪水體的抽取；
注，適當延長Caps生成線，避免由于旋轉造成模型的不封閉（軟件兼容問題）
注，把蝸殼模型和“caps”定義一個組件，作為一個“Object”，避免抽取流體域失敗（提示有漏洞）；葉輪模型通過選中葉輪出口邊線進行填充，“con”定義為單獨組件，用于創建“Construction Surface”，應用“Surface Mesh”；通過群組功能創建“Inlet”和“Outlet”邊界，用于模型封閉抽取流體域；
模型另存為“*fmd”格式；
二、Fluent Meshing網格劃分
1、啟動FM 2020R1，選擇“FTM”工作流，加載離心泵幾何模型；
2、模型描述；
封閉葉輪進口，蝸殼出口；創建“Construction Surface”；分別定義蝸殼材料點和葉輪材料點；
3、更新計算域（“Wrap”抽取蝸殼流體域
展開 從力學的角度向你傳授下胸口碎大石
下面從流體傳動的角度來領略“胸口碎大石”的神奇。
原理解釋
對“胸口碎大石”的科學解釋有很多，其中比較典型的有兩種：慣性效應和帕斯卡效應，本文則從空氣彈簧效應角度進行解釋。
慣性效應
由于石塊質量很大，錘子很快砸下去時，慣性作用使得石塊的加速度很小，從而對人不會產生很大沖擊。該過程可通過牛頓第二定律理解：
當錘子作用在石塊上的沖擊力F一定，石塊質量m越大，石塊產生的加速度a越小，給人體帶來的沖擊也越小，從而使人不受傷害。
帕斯卡效應
采用的石塊形狀一般為規整的長方體，其與人體接觸的面積很大，由帕斯卡的壓強公式：
可知：當力F一定，由于人與石塊接觸面積A很大，故作用在人體上的壓強P很小，即石塊與人體接觸的大面積會將錘子作用在石塊上的沖擊強度分散掉，進而使人受到的損傷大大減弱。
本文則從流體傳動中“流體彈簧效應”的角度來分析“胸口碎大石”的原理。
空氣彈簧效應
以封閉流體腔為例，假定流體為可壓縮性的，在一定頻率范圍內（高頻或高速沖擊），流體腔對外力的響應特性中反映出一種“流體彈簧”的存在，即流體具有了類似于彈簧的屬性，這種彈簧稱為“流體彈簧”。
所形成“流體彈簧”的剛度是被壓縮流體所產生的復位力與活塞的位移的比值，可理解為流體傳動中的“胡克定律”（F=k·△x）。流體彈簧剛度k的公式定義為：
其中，V為流體腔體積，β為流體彈性模量（可視為定值），A為活塞有效作用面積（可視為定值）。
然而，值得注意的是：“流體彈簧”只有在滿足一定激振頻率或沖擊的條件下才會形成，在平穩壓縮或拉伸時“流體彈簧”是不存在的。
展開 設計仿真 | Cradle CFD 高效助力高功率馬達進行熱管理設計
scFLOW開發的高效Voxel Fitting 技術可直接針對實體CAD劃分網格，跳出模型修復，生成封閉流體區域，手動進行面注冊，而后進行網格劃分的復雜過程。此技術對于如馬達這類具有數目龐大且幾何復雜構件的問題，具有高度的應用價值，本文將利用此技術進行真實電動車動力馬達解析。除馬達本體外，馬達動力輸出所連接的齒輪組，也將同時納入解析，完整考慮運作狀況下，齒輪組的溫度狀況，協助判斷潤滑條件與可能的熱變形對齒輪接合影響。因此，除Voxel Fitting網格生成技術，也將應用scFLOW的動態旋轉不連續網格與多相流分析。
本文分析標的外觀如下圖：
圖1-1.電動車動力馬達組CAD
移去殼體后，內部結構如下圖所示：
圖1-2.內部結構CAD示意圖
大致可分為齒輪組、馬達本體、與馬達的水冷管道。齒輪組除齒輪外，同時包含軸與軸承，全部將一起生成網格并分析。在傳統做法上，限于復雜的幾何處理，通常都切除此部分，只分析馬達單體，不易了解齒輪于馬達運作下的溫度場。
圖1-3. 齒輪與軸承組CAD
在馬達本體分析上，傳統最難以處理的是數量龐大且幾何精細的線圈部分。
展開 
基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場計算
三、流場計算
（1）流體域建模
導入幾何模型至Hypermesh
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編輯
提取管道內表面與凸起物體的外表面，并將管道兩頭封堵上，并修復拓補關系，形成一個封閉的流體域空間，將管道的一端作為流體的入口，另一端作為出口，如下圖所示。
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編輯
將各個面根據其邊界條件類型的不同組織分布到不同的component里面，并按照類型進行命名，wall類型邊界條件則將component的命名以wall為起始，入口類型邊界條件以inflow為命名起始，出口類型邊界條件以outflow為命名起始，流體網格則以fluid為命名起始，固體網格則以solid為起始，如下圖。按照這種規則命名導入Fluent后邊界條件類型可以被自動識別，只需調整其參數即可。
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編輯
用2d>automesh命令將邊界面劃分網格，將需要關注的凸起位置的網格細化，管道壁則可以用稍粗的網格，減少計算量。
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編輯
使用3d>CFD tetramesh命令進行流體網格劃分,，選擇需要做邊界層的comp和不需要做邊界層的comp，兩種comp需要能構成完整封閉的空間才能生成實體流體域網格：
?編輯
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流體網格生成完畢，可查看其內部實體網格：
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新建一個以fluid為起始命名的comp，將剛才生成的實體的四面體流體網格移動到該comp內，完成后的comp如下：
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（2）導出網格
到這一步網格已經做好了，現在將該網格模型導入Fluent。
展開 CAESES與FLOW-3D耦合優化案例：壓鑄模型優化
從一個實體模型中移除模具，流道和噴射套筒等區域，形成一個封閉的流體域模型，并建立自動化工作流程，自動地生成網格。
該部件的長度、角度和其他的一些幾何特征都是可以變動的。以下動畫顯示了在自動優化中幾何模型的一些典型變化：
限制約束
壓鑄液由流道進入壓鑄件的速度范圍在20~60m/s；該段模型應能與整個流道模型相匹配；當壓鑄液進入壓鑄件時，才能進入快速澆注階段；壓鑄液的流動應通過從薄截面到厚截面的最短路徑。
自動CFD計算
針對初始模型，在FLOW-3D軟件中進行分析設定，之后通過CAESES里的“軟件鏈接”功能，這些設定可以對新生成的變體進行重復使用。從材料的物性參數到網格參數都可以在CAESES里控制。由FLOW-3D生成的結果數據可以自動地導入CAESES并提取目標參數對模擬結果進行評估。
網格特性
整個模型網格由兩部分非完全匹配的網格組成；實際網格總數約1400000，網格基本尺寸為2mm。
模擬特性
對于活塞，其材料為鈹鈷銅合金（銅模），導熱系數是300 (W/(m·K))，比熱容為3.52e+06 (J/(m3.K))。對于磨具空間，其材質是鐵l H13導熱系數為28.6 (W/(m·K))，比熱容為35618.014 (J/(m3.K))，最大熱穿透深度是14mm。
展開 STAR-CCM+流固模態-雙向流固耦合案例
4）剛體運動與變形疊加
為了在流體域中反映結構的變形，需要建立網格變形模型。在一些流固耦合的應用中，結構在變形的同時經歷了較大的剛體變形，結構的位移是剛體運動和變形的組合。比如固定在船上的螺旋槳隨著船體晃動的同時在水中耦合變形，作用在螺旋槳上的流體載荷和剛體運動產生的加速度載荷作為載荷傳遞給螺旋槳的結構模型。結構模型計算產生位移，螺旋槳周圍的流體網格隨之變形。
STAR-CCM+提供了多種形式，可以根據實際模擬的運動情況選擇合適的方案，要注意的是某些運動形式只能完成雙向或單向耦合。
3、雙向流固耦合的數據傳遞
四、風扇流固耦合案例
1、計算域模型
幾何模型為四葉風扇，固體域部分為扇葉。通過添加進口段和出口段，形成封閉的流體計算域，風扇通過滑移網格模擬，旋轉區域和固定區域之間通過Interface連接。
2、設置流程
3、固體域設置
1）網格采用定向網格（Directed Mesh）劃分，生成楔形網格，并采用高階單元。
2）物理模型選擇：
3）通過段（Segment）添加固定約束：
4）定義運動：添加旋轉運動節點，并更改固體域移動方式為旋轉。
4、流體域設置
5、計算結果
五.總結
STAR-CCM+提供了成熟的流固耦合方法，豐富的變形模型保證了其能在更多領域、場景中應用。通過流固耦合計算，能夠精確預測結構受到的流動載荷、結構的應力及變形。
展開 Optistruct "附連水質量"流固耦合的振動模態分析
?因此可以認為，虛質量法只考慮流體質量對結構的影響。需要了解的是，該質量不是流體的實際質量，而是等效附加質量，因此稱為“虛質量”，或者“附連水質量”。
?此外，既然是“虛”質量，則該方法不需要對流體區域劃分流體網格，簡化了前處理。
虛質量法的應用領域：
虛質量法的基本假設：
?流體無粘、無旋
?流體不可壓縮
?同一流域具有統一的密度，同一流域不能具有兩種或以上非溶性液體
?有界流體(內部流體)必須具有流體自由面
?封閉的內部流體，需要考慮壓力波的影響。虛質量法不考慮壓力波影響。
?無界流體(外部流體)可以有自由面、可以沒有
?自由面零壓強假設
?虛質量法具有自由液體面時，自有液體面上的壓強假設為零
?不考慮重力
?不考慮晃蕩、流體表面波、湍流、渦旋等
?即假設晃蕩的頻率低于結構的基頻
?不考慮非線性效應、氣彈效應
虛質量法流固耦合示意圖：
與聲場分析的區別：
單流域案例：
單流域案例前十階頻率：
PS：請關注點贊哦，更多知識點分享學習。
展開 利用磁渦旋結構來實現高性能磁傳感器
為了解決這個問題，研究者利用流體封閉的渦旋結構，開發出了巨磁阻傳感器結構，即使與目前最先進的傳感器相比，該傳感器也毫不遜色：磁噪聲更低，線性度高出一個數量級，磁滯幾乎可以忽略。
旋轉磁場與Stoner-Wohlfarth模型相切產生的相位噪聲
一旦施加外部磁場，這種所謂的換能元件（transducer element）就會改變其電行為；原子“羅盤針”，即原子磁偶極子（atomic magnetic dipoles）將重新排列，從而改變了換能元件的電阻。該行為可用來探測磁場。
臨界場附近的渦旋磁化模式
圖中虛線處是剛性渦旋模型預測的臨界磁場
在維也納大學（University of Vienna）、克雷姆斯多瑙河大學（Danube University Krems）與英飛凌公司（Infineon AG）的共同合作中，由Dieter Suss領導的研究小組在基督教多普勒實驗室的“先進磁傳感與材料”組織對物理起源和理論極限進行了詳細的分析，并針對解決方案提出了具體建議。該研究結果近期發表于雜志《自然電子學》（Nature Electronics）。
在本項目研究中，科學家利用經過實驗驗證的計算機仿真表明，通過重新設計換能元件，可以顯著降低干擾信號、磁噪聲和磁滯現象。在新的設計中，換能元件的原子磁偶極排列在中心周圍，形態類似颶風。外部磁場改變了該渦旋中心的位置，這直接表現為電阻的變化。
該項目負責人Dieter Suss說：“這次展示了磁渦旋結構的首次大規模應用，與傳統的磁性傳感器相比有顯著的改進。”該研究項目起到了很好的示范作用：如在外部磁場中的磁渦旋結構行為等基礎研究和純科學問題，可以催生非常成功的應用。
展開 怎樣才能使水泵設計工作更愉快？
接下來，分別對葉輪、頂蓋、密封環進行封閉操作，與生成的蝸殼流道進行布爾運算
圖 10 葉輪外輪廓面選取
圖 11 葉輪區域構建
最終，我們想要的蝸殼流體區域就誕生了！！！
圖 12 實際蝸殼流道創建
如果您對我們的小工具感興趣，可以致電：025-57928188，我們給您開發更酷更炫的軟件工具。
基于VPS的流固耦合——“煙花”綻放的模擬
因此，本文模擬的 “煙花”綻放，也不是真正的煙花，而是一個流體的噴射。也可以理解為噴泉，給噴泉上色，它就變成了 “煙花”。
前處理軟件中的設置
FPMIN創建面板
與前文一樣，FPMIN關鍵字可以在VCP前處理軟件中創建，FPMIN創建面板將與FPM相關的卡片全部集成在該面板下。本文的模型，除了需要創建壁面，還需創建入口，以及流體的速度邊界條件。
具體的卡片信息，如下圖所示：
FPMIN 關鍵字卡片
簡單將本文的模型(B)與上篇文章中的模型(A)做對比，有以下幾個特點不同：
1). A模型是封閉區域，流體域在空腔區域內運動；B模型是開放區域。
2). A模型存在初始液面位置，也就是說區域內本來就有液體；B模型初始區域內沒有流體。
3). A模型流體總數不變，沒有與外界流體的量的交換，不需要出入口。B模型設置了入口，因此區域內的流體總量是增加的。
因此，與A模型相比，B模型不同的邊界條件有以下的不同：
Free Surface，B模型不需要定義液面 Free Surface。
入口InFlow，定義入口的位置，以及入口流量。
需要注意的是，由于入口設置的特殊性，要注意壁面part的法向，以及入口part的法向，確保流體流入的方向是正確的。
結果后處理
動畫結果，如下圖所示。
動畫結果1
上圖是鐵樹銀花，
或者，下圖，讓它綻放出紅的，粉的煙花。
動畫結果2
視頻
小編將模型的設置過程做成了視頻，關于更多的軟件操作和結果展示，請從原文鏈接進行觀看。
原文鏈接
?結束語
本文的模型，本質上仍是流固耦合問題，但模型中并沒有涉及兩者交互的分析，如果在流體沖擊前方添加結構體，則可以描述流體對結構體沖擊的情況。
展開 
干貨分享│“大量程比”流量儀表選型
在工程實踐過程中，通常把量程比（又稱為范圍度）理解為在滿足計量性能要求的情況下所能測量的最大流量值與最小流量值的比值，這個理解與GB/T 25922-2010《封閉管道中流體流量的測量用安裝在充滿流體的圓形截面管道中的渦街流量計測量流量的方法》中“范圍度”的定義一致，也與JJF 1004-2004《流量計量名詞術語及定義》和GB/T 17611-1998《封閉管道中流體流量的測量術語和符號》中定義“最小流量”和“最大流量”的前提對應，即滿足計量性能要求或示值誤差不超過最大允許誤差。量程比為初步確定流量計類型提供了依據，常見流量儀表推薦量程比見表1所列。
展開 自主CAE | 基于PERA SIM的電池液冷散熱仿真分析
本文通過通用流體分析軟件PERA SIM Fluid對圓柱電芯液冷散熱工況仿真分析，展示PERA SIM Fluid實現動力電池熱分析的方法。
2.電池模組結構與研究方法
結構上動力電池系統由電池pack、冷卻系統、結構框架、保護外殼、電氣連接器、安全裝置、軟件控制系統等多個復雜組件構成，本案例中采用的電池模塊僅保留多個電芯、液冷管道以及電芯外塑料件。
圖 1 電池Module模型
3.仿真設置流程
3.1 模型建立及簡化
1) 打開PERASIM Fluid 2024R1，在工作目錄下新建項目【BatteryThermal】，將準備的好的電池幾何文件“Battery.stp”導入。
圖 2 幾何導入窗口
圖 3 導入后的電池模組幾何模型
2) 整個模型中還缺少內流場，通過上方Ribbon功能區中【幾何】→【創建】功能，選中管道的開口，創建面來封閉內流場，同理，另一半的出口管道也通過這個方式來創建；
圖 4 選中線后創建面
3) 在 Ribbon 菜單上選擇【幾何】 →【快速修復】，激活快速修復功能，保持默認設置，點擊【修復】按鈕。如下圖所示：
圖 5 快速修復屬性面板
4) 執行【幾何】 →【修復】 →【識別體】功能，軟件會基于面自動識別出對應的體區域，將之前生成的入口和出口面封閉成流體域：
圖 6 識別體前（左）后（右）的模型樹示意
5) 在模型樹節點中點擊相應的體節點，可獲得視圖區幾何體高亮。
展開 電池熱管理三維仿真（二）：幾何清理與網格劃分
圖4 ：快插接頭剖視圖
（4）流體抽取工具：做CFD仿真比較關注的一個點是流體域，SCDM提取流體域的魯棒性比較好，在模型有干涉的情況只要內表面封閉都可以提取流體域，并且提取流體域的方式較多，根據面、邊、封閉曲面或者矢量面都可以提取，選擇面的話需要跟選擇矢量面一起用，而一般用選擇邊就可以，直接選取進出口的圓邊。
圖5 ：選取進口的邊用于提取流體域
（5）文件選項：另外SCDM支持的CAD文件類型較多，市面上常見的格式都能識別，模型導出功能也比較強大，可以對模型進行定義細節，保證模型特征傳遞到下游CFD軟件。
圖6：SCDM導出STL的文件選項
（二）網格劃分：
（1）Fluent meshing
Fluent在14.5版本的時候集成了Fluent meshing功能（前身是TGrid），并在17.0版本的時候迎來大更新，包括界面更新，基于不同區域的體網格劃分和支持多面體網格劃分等功能的上線。這幾年，ANSYS公司一直主推Fluent meshing，說是高級網絡劃分工具，但筆者感覺也不難上手，在使用Fluent meshing以后基本放棄ANSYS mesh了。最新版19.2已經上線類似Star-ccm+的流程式操作，這個跟ANSYS Workbench下仿真流程很像，該步驟完成會有√提示，直觀易懂。
展開 FloEFD熱仿真分析之基礎設置（四）
所以先把進入口封閉，重新選擇流體接觸的面，則可以生成所需的流體子域。另外，封閉入口的第一印象是使用【創建端蓋】，但在創建流體子域時無效的，所以只能從MCAD中處理模型。
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
