窄流道
關注創建者：CAE備忘錄 創建時間：2021-07-05
窄流道的實例教程
文獻利用ANSYS/LS-DYNA對板殼結構在水下爆炸沖擊載荷作用下的動力學響應進行了仿真分析和試驗研究，文獻對窄流道中柔性單板流致振動引起的流-固耦合問題進行了數值模擬，但以上文獻所進行的分析均為板殼結構處于約束狀態下的平衡位置附近的振動耦合分析。利用ANSYS靜力學分析模塊以及CFX或FLUENT等流體分析模塊對有固定約束條件的板殼結構進行流-固耦合分析的實例已經很多，ANSYS Workbench中也有這方面的耦合實例。但是對于流體沖擊引起結構的大位移以及較大變形的動力學分析目前還不完善，有待進一步的研究。因此本文應用大型通用有限元分析軟件ANSYS13.0中的顯示動力分析模塊LS-DYNA以及流體分析模塊FLUENT，對受流體沖擊作用下兼有大位移及較大變形的板殼結構的流-固耦合作用進行了仿真分析。
2 有限元分析
2.1 問題描述
本文針對板殼結構受流體沖擊載荷作用下的動力學響應進行分析，主要研究板殼結構的運動時間歷程、應力分布規律以及對流場分布的影響。
用于仿真對照的試驗方案如圖1所示，矩形薄板一端固定于轉軸上，并全部浸于水箱中，同時在正對薄板中心的水箱壁上設有一個高速水流進口，以保證水流在初始時刻可垂直沖擊薄板中心。此外，在水箱中薄板旋轉方向上的特定位置處設置有一個平行于轉軸中心線的剛性擋桿，旨在對因受流體沖擊而發生旋轉的薄板起到反向阻礙作用，使其出現較大變形。測量的薄板的轉動角度、板面應力分布等參數可作為仿真對比的依據。
2.2 計算模型
2.2.1 結構模型
結構模型包括四部分：矩形薄板、轉軸、軸承以及剛性擋桿。運用ANSYS程序的參數化建模功能即可快速得到結構模型。
展開 知道了這個樸素的道理，有聰明的小伙伴肯定就想，那我手指捏著兩鼻孔擤鼻涕，讓流道變窄，根據流量守恒，流速自然變大，沖擊力也自然大嘍，可但是，額……怎么解釋呢，我還是做個計算機模擬吧。
用流體仿真軟件AICFD模擬手捏兩側鼻子后，流道變窄，肺部提供動力用壓力入口模擬，計算得出，捏鼻子后，被捏住部分的流速確實增大了36%。
但這個深度的鼻腔，我通常都可以用紙擦得干干凈凈，而擦不到的更深處的鼻涕才是我們需要擤出來的，再看看這部分流速，確下降了32%，相應的沖擊力也隨之下降54%。
也就是你捏住的接近鼻口的一段，流體沖擊力是變大了，但這區域的鼻涕也不需要擤，直接擦就行，而需要擤出鼻涕的更深的區域，流體沖擊力反而下降，更難擤出來了，所以這個擤鼻涕辦法，半點兒用都沒有。
而且資料顯示，由于捏住鼻子后內部壓力變大，這點在仿真結果上也能看出來，人的鼻耳相通，有些鼻涕甚至會被壓進中耳腔，導致中耳炎。所以以后萬萬不要再這樣用手捏著鼻子兩側擤鼻涕了，那該怎樣擤呢？
咱們再回到計算機仿真，想想讓鼻孔里流速增大的方式，如果堵住一個孔呢？誒？再次計算，另一個孔的流速增大了42%，相應的流體對鼻涕的沖擊力就增加了103%。
哇，這樣就被我找到了擤鼻子竅門，手指堵住一個孔，吸一口氣順暢擤！SO EASY!
但是，沒這么簡單。開頭就說了，有時鼻子是一個通氣一個不通氣，比如我現在
我堵住不通氣的，去擤通氣的，如剛剛分析計算這般，很順暢，但我堵住通氣一側，去擤不通氣的，還是擤不出來，這個方法不奏效了！
接著研究！
查閱資料后我驚訝地發現，無論你感冒還是不感冒，鼻子居然都是左右交替輪流工作的，專業稱“鼻周期”，簡單解釋原因呢，就是鼻孔里有個結構叫鼻甲，充血后變肥大，堵塞鼻腔。
展開 由于模型1 的回流橫向流道窄（流道右端與液冷板右側內壁之間的通道），冷卻液流速大, 在慣性力的作用下，冷卻液向外側流道流動的現象，回流側冷卻液分布不均勻，各流道散熱能力差異較大導致最內側流道溫度遠高于其他流道。與模型1 相比，模型2 的回流橫向流道呈V 型，在匯流處流道寬度較大，冷卻液流速較低，慣性力作用較弱。此外，冷卻液從內向外依次提前回流，可以減緩冷卻液向外側流道流動的現象。冷卻液流速分布均勻使得內側流道具有較好散熱效果，避免了液冷板回流內側溫度過高，液冷板溫度均勻性更好。
3.2 電池組溫度分布對比
在冷卻液質量流量0.25 kg/s，入口溫度20 ℃工況下進行仿真計算，得到液冷板溫度分布，如圖6 所示。電池組溫度分布呈現上部溫度高、下部溫度低、電池模組間的溫度分布較為均勻的現象。模型1 電池模組的高溫區域明顯多于模型2 電池模組的高溫區域，而且模型2 電池組的最高溫度和最大溫差均低于模型1，模型2 電池組溫度分布更均勻。但由于電池組產熱率較大并且在電池模組高度方向上傳熱路徑太長，模型1 和模型2 均存在電池模組上部散熱不佳的問題，導致電池模組在高度方向上溫度差異較大。
3.3 冷卻液質量流量對冷卻液壓降的影響
保持冷卻液入口溫度為20 ℃，調節冷卻液質量流量Qin 分別設為0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 kg/s 進行仿真模擬，液冷板壓降Δp 隨冷卻液質量流量Qin 的變化情況如圖7 所示。
冷卻液質量流量增加，液冷板壓降增加幅度逐漸變大，因為冷卻液的沿程水頭損失與流速的二次方呈正比，所以液冷板壓降增加幅度變快。
展開 當壁面接觸角為30度的時候液滴向錐形流道窄端發生自輸運，從圖中可以看到本文模型中液滴的運動情況和參考文獻中液滴的運動情況基本一致。
圖11
如圖12所示，為壁面接觸角為170度液滴的運動情況。其中（a）為本文模型的結果，（b）為參考文獻[1]的結果。當壁面接觸角為170度的時候液滴向錐形流道寬端發生自輸運。
圖12
四、總結
基于COMSOL Mutiphysics，本文分別建立了“接觸角（表面潤濕性）梯度”和“曲率半徑差異”導致液滴自輸運現象的模型。其中對“接觸角（表面潤濕性）梯度”導致的液滴自輸運現象建立了二維和三維模型，“曲率半徑差異”導致液滴的自輸運現象的模型則是對參考文獻《錐形微通道內液滴自輸運特性及力學驅動機制研究》[1]所進行的基本復現。
從文中第二節的結果來看，只要模型是準確的，那么其二維仿真和三維仿真的結果必定是存在對應關系的。本人還有一篇文章也同時做了二維和三維的仿真，該文的結果也表明了二維模型和三維模型的對應關系，具體的可詳見鏈接[2]。
參考文獻
[1] 逄明華,劉焜,劉小君.錐形微通道內液滴自輸運特性及力學驅動機制研究[J].應用數學和力學,2017,38(03):284-294.
[2] https://www.bilibili.com/read/cv20394013
文章來源：Comsol實例解析
展開 當壁面接觸角為30度的時候液滴向錐形流道窄端發生自輸運，從圖中可以看到本文模型中液滴的運動情況和參考文獻中液滴的運動情況基本一致。
圖11
如圖12所示，為壁面接觸角為170度液滴的運動情況。其中（a）為本文模型的結果，（b）為參考文獻[1]的結果。當壁面接觸角為170度的時候液滴向錐形流道寬端發生自輸運。
圖12
四、總結
基于COMSOL Mutiphysics，本文分別建立了“接觸角（表面潤濕性）梯度”和“曲率半徑差異”導致液滴自輸運現象的模型。其中對“接觸角（表面潤濕性）梯度”導致的液滴自輸運現象建立了二維和三維模型，“曲率半徑差異”導致液滴的自輸運現象的模型則是對參考文獻《錐形微通道內液滴自輸運特性及力學驅動機制研究》[1]所進行的基本復現。
從文中第二節的結果來看，只要模型是準確的，那么其二維仿真和三維仿真的結果必定是存在對應關系的。本人還有一篇文章也同時做了二維和三維的仿真，該文的結果也表明了二維模型和三維模型的對應關系，具體的可詳見鏈接[2]。（如需獲取文中案例可添加本人QQ：2302260349）
參考文獻
[1] 逄明華,劉焜,劉小君.錐形微通道內液滴自輸運特性及力學驅動機制研究[J].應用數學和力學,2017,38(03):284-294.
[2] https://www.bilibili.com/read/cv20394013
文章來源： COMSOL實例解析
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微型高壓比例閥應如何設計？2個月前
諾冠 IMI Norgren：https://www.norgren.com.cn/
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一、核心難題：微型化與高壓力的博弈
設計微型高壓比例閥，首要難題在于平衡“體積”與“性能”，傳統比例閥往往體積龐大以承受高壓，而微型化則意味著流道變窄、閥芯質量減輕，在高壓（通常指100
知道了這個樸素的道理，有聰明的小伙伴肯定就想，那我手指捏著兩鼻孔擤鼻涕，讓流道變窄，根據流量守恒，流速自然變大，沖擊力也自然大嘍，可但是，額……怎么解釋呢，我還是做個計算機模擬吧。
用流體仿真軟件AICFD模擬手捏兩側鼻子后，流道變窄，肺部提供動力用壓力入口模擬，計算得出，捏鼻子后，被捏住部分的流速確實增大了36%。
計算后的壓力場，確實車頭前是高壓區，向后進入低壓區，而輛車之間由于流道更窄，要比另外一側壓力更低。無論是人站在這個壓力場中，還是車與車之間都是先排斥后吸引。
理論加仿真，你GET了嗎？接下來咱們做實驗試試。
為了不擾亂社會公共秩序，我就不去火車站站在高鐵邊兒做真人實驗了。那就泡沫平替吧！為了顯得不那么糙，稍微畫幾個窗戶。接下來難題來了，怎么模擬高鐵快速運動呢？
當壁面接觸角為30度的時候液滴向錐形流道窄端發生自輸運，從圖中可以看到本文模型中液滴的運動情況和參考文獻中液滴的運動情況基本一致。
圖11
如圖12所示，為壁面接觸角為170度液滴的運動情況。其中（a）為本文模型的結果，（b）為參考文獻[1]的結果。當壁面接觸角為170度的時候液滴向錐形流道寬端發生自輸運。
當壁面接觸角為30度的時候液滴向錐形流道窄端發生自輸運，從圖中可以看到本文模型中液滴的運動情況和參考文獻中液滴的運動情況基本一致。
圖11
如圖12所示，為壁面接觸角為170度液滴的運動情況。其中（a）為本文模型的結果，（b）為參考文獻[1]的結果。當壁面接觸角為170度的時候液滴向錐形流道寬端發生自輸運。
（a）小進風口
（b）大進風口
（c）小進風口側面
（d）大進風口側面
圖3 原機方案機械室仿真流場圖
表1 原機方案進排風流量
從分布情況可以看出，在壓縮機兩側流道變窄，靠近機械室內壁流道的流速變大，壓縮機背面為背風面，形成了渦流區域；另外，由于進排風邊界位于壓縮機后蓋板上，布置在機械室冷凝風道的一側
由于模型1 的回流橫向流道窄（流道右端與液冷板右側內壁之間的通道），冷卻液流速大, 在慣性力的作用下，冷卻液向外側流道流動的現象，回流側冷卻液分布不均勻，各流道散熱能力差異較大導致最內側流道溫度遠高于其他流道。與模型1 相比，模型2 的回流橫向流道呈V 型，在匯流處流道寬度較大，冷卻液流速較低，慣性力作用較弱。此外，冷卻液從內向外依次提前回流，可以減緩冷卻液向外側流道流動的現象。
壓縮機入口導流葉片、葉輪、擴壓器等位置結焦后不僅使壓縮機流道變窄、氣體流動阻力增加，壓縮機處理能力下降，能耗提高，同時，由于結焦部位焦塊脫落，壓縮機轉子平衡破壞，致使機組振動增加，致使機組不能正常工作，嚴重時可能致使機組損壞。
（2）還有可能產生結垢的位置是壓縮機內部級間迷宮密封。圖8給出了級間迷宮密封的結焦示意圖。
對于低比轉速，由于葉片間流道窄而長，一旦發生汽蝕，氣泡充滿整個流道，性能曲線會突降。
其上有約4×12.5×32.5的腰圓形窄槽，并與Φ8孔相交，在鑄件內部形成一個垂直的流道。該流道窄而長，正常制殼已不可能，故采用陶瓷型芯方法。陶瓷型芯外購，壓制出蠟模見圖6。
為保證陶瓷型芯定位準確，設計了長10mm的兩個芯頭，即伸出蠟模之外不與金屬接觸部分，見圖6的A、B部位。
