ansys熱流場仿真的案例
軸流式血泵熱流耦合 溫度場仿真
2.血泵熱流耦合溫度場仿真
血泵各部分與血液的接觸面存在對流換熱，考慮到兩者的耦合關(guān)系，流體仿真時需要把固體以及固體熱源加入到流體仿真軟件中，從而將血液與血泵的對流換熱數(shù)值加載到固體溫度場仿真的邊界條件中，實現(xiàn)血泵三維溫度場的仿真求解分析。
血泵三維整體模型分為兩個部分，一個是驅(qū)動電機部分：包括定子鐵芯、定子繞組、永磁轉(zhuǎn)子以及定子外殼；另一個是血液流動區(qū)域：包括前后導(dǎo)輪及其導(dǎo)葉、旋轉(zhuǎn)葉輪、軸承以及泵殼。血泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 軸流血泵整體結(jié)構(gòu)
利用商用流體仿真軟件進行相關(guān)邊界條件的設(shè)定，主要包括材料屬性、湍流模型、進出口邊界條件、轉(zhuǎn)速以及對流換熱系數(shù)等，其中血泵各部分的材料特性參數(shù)如表1所示。各部分熱源的生熱率通過商用熱仿真軟件計算，并與流體仿真模塊進行耦合。
展開 壓力容器內(nèi)的熱-流多物理場耦合數(shù)值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一壓力容器，考慮了兩種計算工況：（1）全開A口，關(guān)閉B口，關(guān)閉C口；（2）全開A口和B口，開放C口，容器內(nèi)的速度場、溫度場和壓力場的動態(tài)變化分布。仿真結(jié)果展示如下所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/342d08917781496b810f4fcd22fe8364.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif" title="Untitled1-速度.gif" alt="Untitled1-速度.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?
展開 基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
目前，隨著對產(chǎn)品的要求越來越多，單場載荷作用的響應(yīng)，已經(jīng)不能滿足工程需求，所以多場耦合計算是必不可缺的，基于ANSYS Workbench可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)場，流場，溫度場，電場和磁場的耦合，具備解決復(fù)雜多場耦合的計算問題能力。本文主要探討基于ANSYS Workbench平臺的流-熱-固多場耦合的算法。
完全耦合
完全耦合算法，也稱為直接耦合算法。主要使用耦合場單元求解熱-固的耦合計算，該算法的基本思想是在一個單元節(jié)點上擁有三個方向節(jié)點變形+一個溫度自由度，共四個自由度，即{UX UY UZ T}，該方法主要解決熱-固強耦合的問題，例如摩擦生熱計算，塑性變形生熱，粘性生熱計算，這些問題中結(jié)構(gòu)的變形與自身的溫度場之間是相互的影響的。如圖給出了SOLID226單元的示意圖，該單元的基本形狀為六面體，當然還有三種退化單元形狀，建議在計算中避免使用退化形狀，因為退化單元會降低求解精度。
圖1 SOLID226單元示意圖
圖2 基于耦合場單元的求解模塊
如圖2所示，給出了熱-固直接耦合的求解模塊，圖2中兩個模塊分別可以進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的熱-固直接耦合計算。
展開 Ansys高級應(yīng)用分享-分解爐內(nèi)熱流場分析
由于碳酸鈣分解需要消耗熱，因此爐內(nèi)溫度比純煤粉燃燒燃燒時溫度低。
圖1 分解爐模擬示意圖
碳酸鈣分解速率的定義
碳酸鈣分解速率采用圖2所示的表達式，通過PT_REACTION子程序與主程序關(guān)聯(lián)（如圖2）。為了進行比較，計算考慮了如下兩種工況：
1）只考慮煤粉燃燒；
2）同時考慮煤粉燃燒及碳酸鈣分解。
圖2 碳酸鈣分解速率定義
計算結(jié)果
圖3 溫度場分布
圖4 二氧化碳濃度分布
圖3 給出了兩種工況下爐內(nèi)的溫度場分布。可見純煤粉燃燒工況下，爐出口平均溫度為1998K，考慮碳酸鈣分解后，爐出口溫度將為1340K。純煤粉燃燒情況下，爐出口CO2質(zhì)量分數(shù)為14.2%，考慮碳酸鈣分解反應(yīng)后，出口CO2質(zhì)量分數(shù)上升為25.9%（圖4）。主要原因是碳酸鈣分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，同時會生成一部分CO2。
圖5 CaCO3質(zhì)量分數(shù)隨顆粒軌跡的變化
圖6 CaO質(zhì)量分數(shù)隨顆粒軌跡的變化
圖7粒子溫度隨顆粒軌跡的變化
圖8沿爐高方向顆粒的分解率
圖5和圖6給出了顆粒中CaCO3和CaO質(zhì)量分數(shù)沿顆粒軌跡的變化。隨著分解反應(yīng)的進行，粒子中CaCO3質(zhì)量分數(shù)逐漸降低，而生成物CaO的質(zhì)量分數(shù)沿爐高逐漸增大。圖7給出了粒子溫度沿爐高的變化，可見，粒子溫度逐漸升高，在出口位置處，大部分粒子溫度在1240K左右。對于本案例的工況，碳酸鈣的分解率接近100%（如圖8）。
更多技術(shù)內(nèi)容請關(guān)注南京安世亞太公眾號
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緊湊型熱交換器間斷翅片的湍流增強傳熱的流場FLUENT仿真分析 ￥299
針對緊湊型熱交換器出現(xiàn)了斷續(xù)和交錯翅片。間斷肋片上邊界層的不斷變化導(dǎo)致了高的傳熱系數(shù)，并且每個翅片后面的尾跡區(qū)域存在湍流混合。這比連續(xù)翅片熱交換器的傳熱效果更好。熱交換器示意圖如圖1所示。幾何包含在頂部和底部平面的對稱邊界條件。
假設(shè)在換熱器中加熱壓力為240k的液氨，翅片壁的溫度恒定為350k。液氨通過換熱器的質(zhì)量流量為303.14 kg/s-m2，水力直徑為3.51 mm，液氨粘度為0.000152 kg/m-s，基于水力直徑的雷諾數(shù)為7000，為弱湍流區(qū)(即，低雷諾數(shù)湍流度)。仿真結(jié)果如下：
溫度場
壓力場
局部速度矢量圖
展開 ANSYS Fluent 內(nèi)嚙合齒輪泵瞬態(tài)流場仿真
王鑫鑫
安世亞太沈陽分公司
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計算齒輪泵工作過程中的性能參數(shù)，本文僅以內(nèi)嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進行流場仿真計算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網(wǎng)格？
3）動網(wǎng)格如何設(shè)置？
下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實現(xiàn)齒輪泵動態(tài)流場的仿真。
大咖慧齒輪箱仿真專題
11月16日-18日
11月16-18日，安世亞太大咖慧推出齒輪箱仿真專題培訓(xùn)，內(nèi)容包含：Recurdyn齒輪嚙合分析、無網(wǎng)格液體流動仿真軟件Particleworks介紹及案例演示、齒輪泵動態(tài)流場仿真分析課程介紹介紹。（報名方式見底部）
本文所
選取的實例模型如圖1所示，主要包含內(nèi)齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
展開 4月9-11日 北京 | ANSYS流固熱多物理場耦合計算工程應(yīng)用方法專題
一、專題目標：
通過培訓(xùn)，使學(xué)員能夠掌握利用AN
SYS系列模塊構(gòu)建流固熱多物理場耦合仿真流程；能夠?qū)こ讨械亩辔锢?em>場現(xiàn)象獨立建模、仿真并進行數(shù)據(jù)分析。
二、工程案例：10個工程案例
三、典型問題：多物理場仿真流程構(gòu)建。
四、知識點：流固熱多物理場數(shù)據(jù)傳遞方式；流固熱仿真流程；仿真軟件參數(shù)設(shè)置及注意事項。
【9月21-23日 鄭州 斯姆勒】流-熱-固多場耦合數(shù)值仿真與工程應(yīng)用專題培訓(xùn)
各企事業(yè)單位：
流-熱-固多場耦合現(xiàn)象廣泛存在于工程產(chǎn)品中，覆蓋于各個行業(yè)的應(yīng)用，但是由于流-熱-固分析牽涉多場單向/雙向耦合計算等特點，使得設(shè)計和分析人員難以處理復(fù)雜的熱、結(jié)構(gòu)、流體的耦合計算問題。目前對于這方面的系統(tǒng)性培訓(xùn)比較缺乏，本培訓(xùn)基于ANSYS Workbench軟件深入講解流-熱-固多場耦合分析的基本原理，求解方法和多場單向/雙向耦合分析的解決方法。為了讓廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計人員和CAE分析工程師掌握ANSYS Workbench平臺下流-熱-固多場耦合分析這個強大的多場耦合分析的模塊，特開設(shè)了“流-熱-固多場耦合數(shù)值仿真與工程應(yīng)用專題培訓(xùn)”課程。具體內(nèi)容如下：
一、培訓(xùn)目標：
（一）、理解流-熱-固多場耦合分析的計算原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握流-熱-固多場耦合分析的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結(jié)構(gòu)和熱多場耦合耦合、熱疲勞、熱斷裂計算等熱點問題；
（五）、培養(yǎng)獨立工程結(jié)構(gòu)的流-熱-固多場耦合分析能力。
二、增值服務(wù)：
1、贈送培訓(xùn)同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、一個單位同時報名2人享有9折優(yōu)惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優(yōu)惠；持本人學(xué)生證享有8.5折優(yōu)惠。
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展開 ANSYS教學(xué)視頻| TBR模型在葉輪機械三維流場仿真中的應(yīng)用
視頻內(nèi)容：
本視頻主要介紹了通過ANSYS CFX的TBR模型對轉(zhuǎn)靜子的單葉片通道進行瞬態(tài)仿真，從而大大降低了葉輪機械瞬態(tài)分析的計算資源與時間花費，使得瞬態(tài)分析能夠成為葉輪機常規(guī)設(shè)計的有力工具。
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手把手教你如何用ANSYS CFX仿真流場，以混合器示例
CFX和Fluent都是ANSYS旗下專門用于流體力學(xué)仿真的兩個軟件。能夠同時被ANSYS保留下來，他們在流體仿真方面是有其各自優(yōu)點的。由于Fluent的普及度和市場占有率非常大，是大哥大，這里就不介紹了。下面說說CFX的一些亮點：
CFX采用基于有限元的有限體積法，推出全隱式多網(wǎng)格耦合算法，計算的收斂性能和數(shù)值精確度非常優(yōu)越。而Fluent等大多數(shù)CFD軟件是采用單純的有限體積法。例如，對于六面體網(wǎng)格單元，CFX采用24點積分，而Fluent等采用6點積分。
CFX在湍流模型的應(yīng)用，也是業(yè)界領(lǐng)先的。
CFX的后處理功能比fluent自帶的后處理器要好，有專門的cfd-post后處理器。當然，現(xiàn)在fluent的計算結(jié)果也可以導(dǎo)入到cfd-post中進行后處理。
CFX有專門的旋轉(zhuǎn)機械模塊，而fluent是沒有的，當然，fluent也是可以計算的，只不過這方面CFX要比Fluent要方便很多。
雖然CFX和Fluent都是ANSYS的軟件，但是，F(xiàn)luent的學(xué)習(xí)資料多到滿大街都是，而CFX相對來說少很多。兩者的軟件設(shè)置是有差異的。如果你有fluent基礎(chǔ)，那么看完這篇你就馬上掌握了CFX的操作了。因為他們的操作流程都是一樣：導(dǎo)入網(wǎng)格——設(shè)置計算域——設(shè)置邊界條件——求解控制——計算——后處理。但是設(shè)置界面有差異。
CFX軟件界面如下，基本上在軟件最上面按照紅色框子從左點到右操作，就可以完成整個設(shè)置。
下面用混合器的例子，老曾手把手教你如何使用CFX做流場仿真。兩個進口，一個流入2m/s溫度315K熱水，一個流入2m/s溫度285K冷水，混合后在出口流出。
示例的網(wǎng)格文件在百度盤：https://pan.baidu.com/s/1qZ2fp5y
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1.
展開 
基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場仿真案例
圖23 觀察甩油情況
圖24 初始時刻流場
圖25 0.015s流場
圖26 0.03s流場
圖27 0.06s流場
在fluent中最好根據(jù)想要的時間間隔設(shè)置每隔N步自動保存結(jié)果，這樣在后處理中有充足的結(jié)果可用，不會出現(xiàn)瞬態(tài)分辨率過低的情況，即時間跨度過大。
仿真步數(shù)可以自行選擇，這里選取了前600步的狀態(tài)進行分析。由于步數(shù)大少，大齒輪處在油浴當中，溫升小，因此觀察小齒輪，溫度攀升較快。
圖28 0.18s溫度云圖
圖29 0.36s溫度云圖
圖30 不同轉(zhuǎn)速溫升對比
通過仿真可以對比不同轉(zhuǎn)速下，小齒輪的溫升狀況。實際上轉(zhuǎn)速決定了：
生熱量，通過公式計算；
甩油程度。
在fluent中甩油的程度對溫度變化有一定影響，但是當轉(zhuǎn)速足夠大的時候，這個影響又變得不那么明顯。因此兩條曲線的形狀是相似的，只是單純的受到發(fā)熱量的支配。如果是低速重載情形，轉(zhuǎn)速很低（本例未包含），比如10rpm，這時候甩油困難，齒輪可能會發(fā)生膠合。
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結(jié)語：
由于解析方法計算齒輪減速器溫度場時的復(fù)雜性，往往需要對模型進行大幅簡化，難以得出精確解。針對此問題，本例使用仿真方法計算瞬態(tài)溫度場，可以有效捕捉輪齒與油液的接觸細節(jié)，實現(xiàn)了在精確仿真流場的前提下，油氣與齒輪固體共軛傳熱區(qū)域的實時更新。但同時也存在對流換熱系數(shù)不準確，內(nèi)嵌傳熱算法換熱值不精確的弊端。
這個案例很長，對fluent的多相流、動網(wǎng)格等等復(fù)雜模型都有涉及，希望看完帖子能讓大家有所收獲！仿真用到的幾何文件、udf文件、運動profile文件都在附件中。
展開 