ansys氣動(dòng)加熱仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys氣動(dòng)加熱仿真的視頻教程
Ansys maxwell高頻電磁感應(yīng)加熱仿真
改變耦合參數(shù)，實(shí)現(xiàn)加熱后的自然冷卻 5. 改變耦合參數(shù)，實(shí)現(xiàn)改變熱源的大小。 6. 通過改變材料屬性參數(shù)或邊界條件，獲得所需的溫度分布
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基于Ansys CFX的螺旋槳氣動(dòng)仿真（拉力 功率計(jì)算）
利用Ansys Workbench平臺軟件對螺旋槳的氣動(dòng)性能進(jìn)行仿真，采用了DM軟件對螺旋槳幾何模型進(jìn)行簡單處理、采用ICEM軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用CFX軟件進(jìn)行求解，并進(jìn)行了后處理分析，包括流線、葉片的壓力以及螺旋槳拉力、扭矩、功率的計(jì)算等。可以作為螺旋槳氣動(dòng)仿真的初級參考。
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ansys氣動(dòng)加熱仿真的實(shí)例教程
高速飛行器鼻錐
/天線罩面臨著強(qiáng)烈的氣動(dòng)生熱環(huán)境，需要一種抗氧化
/燒蝕的耐高溫材料制備部件。碳化硅、硼化鋯以及硅硼碳氮（非透波體系）和氮化硅、氮化硼（透波體系）等先進(jìn)陶瓷材料可作為其備選材料。除了需要考慮外邊緣選材外，對部件的熱控制也是需要考慮的重要因素，因此需要對部件的熱
-力狀態(tài)進(jìn)行分析。計(jì)算流體力學(xué)
(CFD)是用于計(jì)算飛行器氣動(dòng)加熱的重要工具，本文將初步介紹飛行器氣動(dòng)加熱計(jì)算過程，后續(xù)可能將學(xué)習(xí)
/介紹流體
-固體耦合作用，為可能的工程設(shè)計(jì)提供參考。
本文首先簡
單介紹他國學(xué)者發(fā)表在《美陶》上的一篇文章，該文章是通過
CFD
計(jì)算了超高溫陶瓷
ZrB2-SiC
熱防護(hù)系統(tǒng)的熱
-
力設(shè)計(jì)。本文作為初步的學(xué)習(xí)嘗試，并不會直接完全復(fù)現(xiàn)其結(jié)果，主要是介紹思路。
本文所采用的計(jì)算軟件為
Ansys workbench，在
workbench中已經(jīng)集成了流體力學(xué)軟件
Fluent。接下來讓我們一起來學(xué)習(xí)一下基本操作。以下是我建立的一個(gè)三維模型，但是由于個(gè)人筆記本電腦算力不足，作為學(xué)習(xí)，我采用簡化的二維模型進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下圖所示。
（1）首先是建立模型，拖拽geometry模塊進(jìn)入操作界面即可建模，模型建立可以通過軟件自帶的Design model模塊，或者其他建模軟件，如solidworks等。主要原則是建立一個(gè)為大流場所包圍的固體模型，這里不詳細(xì)介紹。一般認(rèn)為所建立的流場尺寸大于固體模型尺寸的20倍，由于計(jì)算量的關(guān)系，本文所采用的模型較小。
（2）在建立模型后，將模型與Fluent模塊連接，即將模型導(dǎo)入fluent計(jì)算模塊，接下來點(diǎn)擊mesh，對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，需要注意的地方是在流體-固體壁面需要設(shè)置層流邊界層，具體設(shè)置和劃分結(jié)果如下圖所示。
展開 氣動(dòng)噪聲是由于氣流流過固體表面引起的氣流壓力擾動(dòng)產(chǎn)生，它起因于氣體內(nèi)部的脈動(dòng)質(zhì)量源（單極子噪聲源）、作用力的空間梯度（偶極子噪聲源）和應(yīng)力張量的變化（四極子噪聲源）。氣動(dòng)噪聲問題在各種高速機(jī)械中均有產(chǎn)生，比如高鐵、飛機(jī)、汽車以及旋轉(zhuǎn)機(jī)械等領(lǐng)域（見圖1）。
圖1 氣動(dòng)噪聲的應(yīng)用領(lǐng)域
ANSYS Fluent提供了三種解決氣動(dòng)噪聲的方法，分別是直接計(jì)算法（CAA）、聲比擬法（FW-H方程）、寬頻法（Boardband Model）（見圖2）。由于聲波方程可認(rèn)為是三維可壓縮N-S湍流方程的變形形式，所以求解N-S方程可以描述聲波產(chǎn)生和傳播現(xiàn)象。
但流動(dòng)和聲學(xué)變量尺度跨度很大，所以CAA方法對于精度要求和硬件要求都很高，在實(shí)際工程問題中不可行。而更多采用的是將波動(dòng)方程和流動(dòng)方程解耦的聲比擬法和寬頻方法。具體理論方程可參考ANSY。
圖2 ANSYS Fluent中氣動(dòng)聲學(xué)模型
以軸流風(fēng)機(jī)為例，對其氣動(dòng)噪聲進(jìn)行仿真。首先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流場計(jì)算，可采用多參考系（MRF），為后面的瞬態(tài)計(jì)算提供初始流場；其次，可采用滑移網(wǎng)格進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算，控制時(shí)間步長，且至少得到多個(gè)周期的變化方可結(jié)束；然后，開啟聲比擬模型，設(shè)置sources及receivers，進(jìn)行聲場仿真，并輸出相關(guān)參數(shù)變化曲線；最后，通過傅里葉變換（FFT）得到聲壓級頻譜曲線（見圖3）。
展開 隨著車輛性能的提高及高等級公路的建設(shè)，車輛的速度越來越快，車輛外流場的氣動(dòng)噪聲以車速的6次方的數(shù)量增長。因而，當(dāng)車輛的其它噪聲得到有效的控制后，車輛的氣動(dòng)噪聲就變得尤為重要了。70年代研究人員發(fā)現(xiàn)，車速為 70km/h的情況下，氣動(dòng)噪聲的范圍為62~78dB；而在速度為110km/h的情況下，氣動(dòng)噪聲的范圍達(dá)到80~90dB。新的研究表明，車速超過100km/h，氣動(dòng)噪聲對車外噪聲的影響己超過了其它噪聲。
數(shù)值模擬方法可在新車設(shè)計(jì)初期的造型階段進(jìn)行氣動(dòng)噪聲的預(yù)測，為選型及造型參數(shù)修改提供依據(jù)，從而可以較早地得到較理想的產(chǎn)品，避免產(chǎn)品缺陷。
湍流模型的選擇
氣動(dòng)噪聲模擬可以選擇幾種不同的數(shù)值方法，大渦模擬可以得到精確的模擬效果，但要求生成的網(wǎng)格質(zhì)量好，計(jì)算比較耗時(shí)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初始階段，往往需要噪聲的大致分布情況，基于模型的噪聲源方法可以解決這一問題。
模型的湍流動(dòng)能輸運(yùn)方程：
湍流動(dòng)能耗散率輸運(yùn)方程：
式中：
Gk為平均速度梯度產(chǎn)生的湍流動(dòng)能
Gb為浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能
β為熱膨脹系數(shù)
μt 為湍流粘度
σk，σt為k，ε的湍流普朗特常數(shù)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，模擬中使用的常數(shù)分別取值為：Cμ=0.09，σk=1.0，σε=1.3，C1ε=1.44，C2ε=1.92，C3ε=1。
基于公司現(xiàn)在對氣動(dòng)噪聲的要求，選擇模型是比較適宜的。
模型網(wǎng)格的劃分和計(jì)算域的建立
模型是在CATIA軟件上建立的，然后導(dǎo)入ICEMCFD軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為了提高計(jì)算的效率，對模型的底部進(jìn)行了簡化處理。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，流場仿真計(jì)算所取的計(jì)算域到達(dá)一定的大小時(shí)，汽車的流場就不再受計(jì)算域大小的限制。
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氣動(dòng)噪聲是由于氣流流過固體表面引起的氣流壓力擾動(dòng)產(chǎn)生，它起因于氣體內(nèi)部的脈動(dòng)質(zhì)量源（單極子噪聲源）、作用力的空間梯度（偶極子噪聲源）和應(yīng)力張量的變化（四極子噪聲源）。氣動(dòng)噪聲問題在各種高速機(jī)械中均有產(chǎn)生，比如高鐵、飛機(jī)、汽車以及旋轉(zhuǎn)機(jī)械等領(lǐng)域（見圖1）。
圖1 氣動(dòng)噪聲的應(yīng)用領(lǐng)域
ANSYS
隨著車輛性能的提高及高等級公路的建設(shè)，車輛的速度越來越快，車輛外流場的氣動(dòng)噪聲以車速的6次方的數(shù)量增長。因而，當(dāng)車輛的其它噪聲得到有效的控制后，車輛的氣動(dòng)噪聲就變得尤為重要了。70年代研究人員發(fā)現(xiàn)，車速為 70km/h的情況下，氣動(dòng)噪聲的范圍為62~78dB；而在速度為110km/h的情況下，氣動(dòng)噪聲的范圍達(dá)到80~90dB。新的研究表明，車速超過100km/h，氣動(dòng)噪聲對車外噪聲的影響己超過了其它噪聲
