SCORG
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-10
SCORG的實例教程
下載地址：基于SCORG和Simerics MP 的CFD雙螺桿泵數值模擬和實驗驗證
近期，美國Simerics公司聯合倫敦城市大學采用SCORG+Pumplinx的方法對螺桿機械進行了詳細的CFD性能分析，突破了螺桿機械CFD分析的多項瓶頸，取得了喜人的成績。本文將介紹該獨一無二的技術方法。
技術難點
螺桿機械的轉子結構非常復雜，對其進行CFD分析是一項高技術含量的工作，目前來看，具有相當大的技術難點：
1、轉子區域為大變形區域，需要建立高質量的結構網格；
2、需要考慮陰陽轉子之間極微小的嚙合間隙；
3、需要設置轉子部分的動網格，描述由于轉子流體域大變形所引起的流場變化；
4、對于雙螺桿壓縮機，需要同時對流場的動力學和熱力學特性（泄露、傳熱，排氣孔口流動）的過程進行研究；
5、對于雙螺桿泵則需要考慮流場內部的空化效應；
6、需要考慮由于流場擾動引起的流致振動及噪聲。
螺桿機械仿真解決方案
針對上述技術難點，為解決螺桿機械的CFD分析難題，倫敦城市大學找到了Simerics公司，SCORG+Pumplinx的聯合解決方案應運而生。SCORG是專業螺桿機械型線分析及前處理軟件，可以制作螺桿機械高質量結構網格。Pumplinx是專業運動機械CFD仿真軟件，具備各種專業的物理模型及強大的求解能力。
圖1 SCORG+Pumplinx聯合解決方案
螺桿機械數值分析案例
在進行螺桿機械的性能分析時，客戶往往不能滿足于一維的熱力學預測，而希望能對螺桿壓縮機或泵進行更為詳細的三維CFD數值分析，獲得螺桿機械流場的壓力、速度、溫度以及空化預測，以及更為精確的性能特性曲線。
聯合SCORG與PumpLinx即可實現螺桿機械的三維非定常數值分析。
下圖為某雙螺桿壓縮機的三維模型，提取后的流體域部分由吸入段、排出段和轉子部分構成。
展開 SCORG軟件是雙螺桿機械設計和分析的專業工具，使用SCORG軟件劃分轉子區域網格。SCORG可以自動生成雙螺桿壓縮機轉子區域的結構網格，考慮真實的嚙合間隙，降低網格生成的難度，提高效率。其余部分由Simerics MP+軟件的網格功能進行網格劃分。
在流體模型中，采用網格生成軟件SCORG對雙螺桿轉子部分進行網格劃分。SCORG為不同旋轉角度的轉子創建了一系列網格文件。通過Simerics - SCORG網格接口將轉子網格文件讀入求解器。利用Simerics二叉樹非結構化網格對流體域的進出口進行網格劃分。所有的流體體積通過不匹配的網格接口(MGI)連接在一起。流體域的網格總數約為145萬個單元。流體域的網格如圖5（a）所示。
圖5 網格：（a）流體模型（b）固體模型
進氣口設置為總壓、總溫邊界條件，出口設置為靜壓邊界條件。將流固界面設置為溫度邊界，具體溫度數值由固體模型求解給出。模擬流體為空氣，采用理想氣體定律進行建模。外轉子轉速為8000轉/分。為了驗證流體與固體之間的耦合傳熱效果，還模擬了相同參數條件下，用絕熱壁面求解流體-固體界面的傳熱算例并進行了比較。
固體模型包括三部分:機殼、陽轉子、陰轉子。全部使用二叉樹劃分網格，數量大約40萬個單元。如圖5 (b)所示，流固界面設置為固定熱流邊界，具體熱流數值由流體模型求解給出。殼體外表面設置為熱對流邊界。固體模型求解穩態導熱問題。與流體模型的仿真時間相比，固體模型每次運行的仿真時間可以忽略不計。
模型邊詳細邊界條件設置如下表所示。
在仿真過程中，陽轉子轉動5圈左右時仿真結果開始呈現周期性變化。下圖顯示了流體和轉子之間的瞬時和平均熱通量。轉子界面處流體與固體之間的最大瞬時熱流約為400w，殼體外表面帶走的平均熱量約為100w。
圖6 熱流量收斂趨勢
最終計算的陽轉子、陰轉子、機殼平均固體域溫度分別為345.3 K、349.0 K和329.6。
展開 4.1 流體模型
采用專業的網格生成軟件SCORG進行雙螺桿轉子部分流體域的網格劃分。在SCORG中根據不同的旋轉角度創建了一系列的轉子網格文件。通過Simerics-SCORG網格接口將轉子網格文件讀入求解器，而流體域的吸入端和排出端則使用Simerics二叉樹非結構化網格生成器來劃分網格。所有的流體域均通過交互面MGI進行連接，流體域網格總數約為145萬，流體模型幾何及網格如圖1所示。
圖1 流體模型幾何與網格
4.2 固體模型
固體模型包括三個域：機殼、陽轉子和陰轉子，網格為基于二叉樹算法的笛卡爾網格，網格數共約40萬，固體模型幾何和網格如圖2所示。
圖2 固體模型幾何與網格
4.3 邊界條件設置
對于流體域仿真而言，流固交界面設置為固定溫度邊界，溫度值從固體模型模擬結果映射而來；對于固體域仿真而言，流固交界面設置為固定的熱通量邊界，熱通量值由流體模型的模擬結果映射得到，仿真分析原理如圖3所示。
圖3 流固共軛傳熱分析原理圖
就邊界條件而言，機殼外表面設置為熱對流邊界，機殼外表面在300K環境溫度下的對流換熱系數假設為10W/
m
2*K。流體域和固體域的初始溫度設置為300K，其余邊界條件如表1所示。
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SCORG的最新內容
SCORG軟件是雙螺桿機械設計和分析的專業工具，使用SCORG軟件劃分轉子區域網格。SCORG可以自動生成雙螺桿壓縮機轉子區域的結構網格，考慮真實的嚙合間隙，降低網格生成的難度，提高效率。
在流體模型中，采用網格生成軟件SCORG對雙螺桿轉子部分進行網格劃分。SCORG為不同旋轉角度的轉子創建了一系列網格文件。通過Simerics - SCORG網格接口將轉子網格文件讀入求解器。利用Simerics二叉樹非結構化網格對流體域的進出口進行網格劃分。所有的流體體積通過不匹配的網格接口(MGI)連接在一起。流體域的網格總數約為145萬個單元。
圖2 雙螺桿壓縮機幾何模型
SCORG為專業的雙螺桿機械型線分析和前處理軟件，通過輸入雙螺桿機械陰陽轉子型線數據和齒數、節距及軸徑等相關參數，即可自動生成雙螺桿壓縮機轉子部分結構網格。
圖3 轉子區域網格
圖4 嚙合間隙處網格
SCORG與PumpLinx實現無縫集成，SCORG生成的轉子結構網格可直接輸入至PumpLinx。
4.1 流體模型
采用專業的網格生成軟件SCORG進行雙螺桿轉子部分流體域的網格劃分。在SCORG中根據不同的旋轉角度創建了一系列的轉子網格文件。通過Simerics-SCORG網格接口將轉子網格文件讀入求解器，而流體域的吸入端和排出端則使用Simerics二叉樹非結構化網格生成器來劃分網格。
在流體模型中，采用網格生成軟件SCORG對雙螺桿轉子部分進行網格劃分。SCORG為不同旋轉角度的轉子創建了一系列網格文件。通過Simerics - SCORG網格接口將轉子網格文件讀入求解器。利用Simerics二叉樹非結構化網格對流體域的進出口進行網格劃分。所有的流體體積通過不匹配的網格接口(MGI)連接在一起。流體域的網格總數約為145萬個單元。流體域的網格如圖5（a）所示。
學習內容
1.螺桿機械數值仿真解決方案簡介；
2.基于SCORG的螺桿機械三維網格生成講解；
3.基于PumpLinx的螺桿機械動網格設置、求解及后處理講解；
4.螺桿壓縮機CFD分析實例講解；
5.共同討論。
活動詳情：http://www.hikeytech.com/index.php?
