歧管
關注創建者：天洑軟件 創建時間：2023-11-21
歧管的視頻教程
歧管的實例教程
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某型排氣歧管溫度場仿真分析
1、分析目的
排氣歧管通常由鑄鐵或雙壁面焊接金屬制造而成。采用鑄造工藝的排氣歧管目前已廣泛應用于汽油機或柴油機。排氣歧管應當有足夠的剛度以滿足在發動機開發過程中所需的主要設計目標，比如動力性能，燃油經濟性和排放。為了實現催化劑快速和高效啟動反應，廢氣溫度應該進一步提升以確保催化劑更高的轉化效率，而排氣歧管也將承受更高的熱負荷。因此針對某排氣歧管應用simsolid軟件對其執行了溫度場仿真分析。
2、模型說明
選擇鐵素體球墨鑄鐵作為排氣歧管和增壓器渦殼材料，其材料屬性高度依賴于環境溫度。彈性模量和導熱系數隨溫度的變化見圖1和圖2。排氣歧管幾何模型如圖3所示。
圖1 材料變溫下的彈性模量 圖2 材料變溫下的導熱系數
圖3 排氣歧管幾何模型
3、溫度場分析
排氣歧管溫度場分布是進行結構分析最為重要的邊界條件。3D CFD計算結果傳遞局部換熱系數和近壁面氣體溫度，然后在一個工作循環周期內進行平均處理，即得到時間平均的換熱系數和近壁面氣體溫度。除了排氣歧管內壁面的對流換熱外，排氣歧管外壁面的對流換熱和熱輻射對傳熱分析也至關重要。時間平均的換熱系數和近壁面氣體溫度一般會隨發動機實際工況而產生變化。在Simsolid軟件中定義排氣歧管內外壁面的換熱系數和溫度，定義過程非常簡易，如圖4和圖5所示。
展開 流體歧管是連接兩個或多個流體管道或通道的部件。雖然概念上很簡單，但此類部件在所屬系統中發揮著重要作用。您可以采用提高流體歧管性能的方式來提升整個系統的性能。由于存在局限性，傳統制造工藝經常無法對流體歧管進行優化。重量和體積過大、尖角、滯流區和多個易漏連接點等問題很常見。
金屬增材制造(AM)能夠以傳統制造無法實現的方法優化流體歧管。經增材制造優化后的部件采用整體設計，無需組裝操作，能夠生產有機的薄壁形狀，還減少了最終組件的重量和體積。這些優勢在半導體設備等應用中尤其有益，半導體設備的特點是在潔凈環境中封裝密實、快速運動的組件，其包含許多流體管道。增材制造組件旨在提供更好的性能，在一些應用中，測得的干擾力最高降低了90%。
由于對流體歧管傳統制造的現有設計均是針對這些工藝的局限性而打造，因此通常效率較低。出于此原因，我們建議從頭開始設計優化的增材制造歧管。不過，好消息是，通常只需要一到兩次設計迭代就可以得到可用于增材制造的歧管設計。
增材制造流體歧管的示例
增材制造流體歧管用于各個行業中所用的快速運動組件的流體連接。在這些以性能為主的環境中，增材制造優化所帶來的優勢是關鍵。增材制造可以減輕重量來獲得更好的慣性結果，消除尖角以更好地控制壓力下降和干擾，并通過最大程度減少連接點來降低泄漏風險。
推動流體歧管應用采用增材制造的關鍵因素
使用增材制造的好處通常是相互關聯的。無論項目的主要目標是什么，例如因空間有限而進行包裝，都可以通過巧妙的設計策略來實現所有這些好處，令產品的表現超越主要目標（例如，減輕重量和改善流動性）。
展開 01 案例背景
歧管是化石燃料發電站的重要部件之一，用于將蒸汽收集匯總。在日常的工廠運行周期里，歧管易受到機械疲勞的影響；同時受運行階段的溫度和應力條件影響，也會出現蠕變的現象。
圖1 SHT型歧管
為了評估歧管的相關設計參數，特別是厚度對其壽命的影響，法國電力公司開展DUCAT項目計劃進行相關模擬，從而幫助設計與日常維護。
02 研究方法
在此案例中，分別針對Champagne sur-Oise火電站使用的歧管與該型歧管壁厚減少20%的改進設計進行模擬。為了滿足計算精確度的要求，在建模與網格劃分中共生成14286 個節點（共42858 個自由度）和 17364 個二次單元（10930 個六面體和 6434 個四邊形面單元，用于邊界條件的設置）。邊界條件采用持續5min的-38℃/min溫度梯度的不利溫度瞬態。這是常見于火電站啟動期間次數較少但幅值較大的降溫循環。
圖2 歧管瞬態溫度變化
對于歧管在這個減溫循環中的行為計算，需要一個新的模型去描述歧管的機械疲勞與蠕變現象。對此在通用結構仿真軟件中調用VISC_CIN2_CHAB模型，這是一種Chaboche 類型的新粘彈塑性行為模型，包括兩個隨動強化和一個非線性各向同性強化。同時使用宏命令MACR_RECAL對所研究的歧管材料，牌號為10CD9-10鋼的行為規律進行了識別，并成功地與 MMC 部門通過 SIDOLO識別的結果進行了比較。
圖3 MACR_RECAL識別結果驗證
03 結果
在降溫循環過程中，冷沖擊結束時，如圖4所示，在接頭部分承受著較大的溫度梯度。同時，如圖5所示，該處的溫度梯度會引起較大的應力分布，接頭部分會顯示出疲勞問題，因此，疲勞現象僅局限于具有很大溫度梯度的部分。
展開 歧管是汽車引擎用于進氣或排氣的管道，它的功用是將空氣、燃油混合氣由化油器或節氣門體分配到各缸進氣道，一般對歧管的要求包括耐高溫、高強度、化學穩定性、熱老化穩定性等，通常汽車發動機處于很苛刻的環境溫度下工作，工作溫度在30~ 130℃往復變化，由此可見歧管對熱載荷的要求很高，因此對于歧管的設計必須考慮熱疲勞分析。下面我們就仔細研究一個fe-safe分析歧管熱應力疲勞的一個案例。
我們分析的模型是一個四缸發動機的排氣歧管，歧管的幾何構型和網格模型如下所示。首先要對模型進行熱應力強度分析，采用abaqus軟件完成，最后生成odb文件，然后基于odb結果文件進行fe-safe疲勞分析。
圖1 岐管網絡模型
導入fe-safe后，讀入需要的應力結果，只需要讀入每一個分析步最終的溫度和應力結果，如下圖所示。設置單位為mm單位制。
圖2 結果讀取
Fe-safe的分析過程如下：
step1：定義載荷
載荷包括單一疲勞載荷序列，兩類數據載荷的循環（熱載荷和機械載荷），還有第三個載荷序列（機械載荷和環境溫度載荷）
step2：定義表面光潔度
假設所有零件具有鏡面光潔度，Kt=1。
展開 圖5-3 結果更新
4）可視化結果
① 壓力云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數，設置等級參數256，點擊應用，讀取歧管壓力云圖，可以看到歧管的入口壓力最大 經過多孔介質區域后壓力減小，并在出口處降至最低。
圖5-4 壓力云圖
② 溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數，設置等級參數256，點擊應用，讀取歧管表面溫度云圖，可以看出歧管入口處 溫度較高，在多孔介質域內溫度逐漸降低，隨后流體流出多孔介質域后溫度逐漸增加。
圖5-5 表面溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 矢量圖，設置歧管速度矢量圖，可以看出在多孔介質域內速度較低，在歧管內徑較小處速度最高。
圖5-6 流線圖
展開 
歧管的最新內容
<p><strong>1、實例簡介</strong></p><p> 本實例對排氣歧管內的流場和溫度場進行模擬。
（組委會）陸亮（組委會）138（組委會）1821（組委會）9172（組委會）
參展范圍：
動力易損件：汽油濾清器、空氣濾清器、機油濾清器、散熱器、節溫器、活塞環、活塞銷、活塞銷襯套、正時鏈條、進排氣歧管總成、油底殼、汽油泵等；
結構易損件：輪轂、汽車輪胎、輪轂螺栓螺母、鋼板彈簧、鋼板彈簧襯套、空氣壓縮機、氣壓制動軟管、前后制動片、滾動軸承、緩沖膠、液壓制動軟管、盤式制動器等
某頭部汽車零部件企業在研發發動機進氣歧管時，采用短纖維增強塑料材料，面臨的核心問題是注塑過程中纖維取向不均導致的局部性能波動。通過Multiscale Designer，團隊將注塑仿真得到的纖維取向張量精準映射至結構網格，構建了考慮局部各向異性的材料模型，成功預測出進氣歧管在高溫工況下的變形量與應力分布。
無論是動力系統殼體、變速器蓋、傳感器支架、歧管、閥體，還是新能源汽車冷卻模塊，
汽車 CNC 加工零件（cnc machined automotive components）
都必須滿足三大硬性標準：
A. 高尺寸精度
汽車零件往往是多零件組合，哪怕
0.01 mm 的偏差
都可能導致噪音、震動、泄漏或磨損。
功能
? 預測塑件、模具嵌件、冷卻水路、加熱棒…等各種組件構成的溫度分布，評估冷卻與加熱系統的控溫設計
? 檢視模溫瞬時變化響應，特別適用急冷急熱、感應加熱…等等多種冷熱切換的變模溫制程
? 提供簡易冷卻分析模塊，快速驗證模具冷卻系統設計
? 進 階熱澆道分析 模塊 可確認熱澆道設計效果，模擬熱澆道內部復雜構造(包含加熱棒控制)
? 快速建立各種水路幾何(包含模外歧管)，并可根據產品自動構建異形水路
參考案例-Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder系列
· 進排氣系統：優化進氣管路和排氣歧管的設計，減少流動損失，提高容積效率。
參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：多時間尺度共軛傳熱
參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：瞬態-瞬態多時間尺度共軛傳熱
4.
使用 ANSYS Fluent 培養 CFD 流動分析技術方面的專業知識，包括分析熱交換器、排氣歧管、催化轉化器、風洞
熟練掌握使用 ANSYS Fluent 進行水密幾何工作流程和非均相流體混合仿真。
了解圓柱體表面流動分析、彎曲管道中流體混合、流經會聚和發散截面的流動等基礎知識。
應用所學的概念，使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過熱管執行共軛傳熱分析和傳熱分析。
節氣門位置傳感器用于測量節氣門的開度，從而控制可以流入發動機進氣歧管的空氣量。
節氣門位置傳感器安裝在節氣門體上并測量節氣門的打開和關閉運動，并將這些信息傳輸到發動機控制模塊，該信息以及其他測量值，包括：發動機控制模塊使用溫度、發動機轉速和空氣質量流量(MAF)來確定噴入發動機的燃油量和點火正時。
在內燃機中，連接化油器和氣缸的管路，叫進氣歧管，一分多。
進氣歧管
有進就有出，在排氣管路上還有排氣歧管，多合一。
排氣歧管
無論是進氣還是排氣，我們都希望氣流流經各個支路的阻力盡可能一致，這樣才能保證每個氣缸的進排氣量一致。
如何保證呢？CFD模擬是成本低且效率高的方法。
下面簡單展示個例子，基于智能熱流體仿真軟件AICFD做進氣歧管流阻模擬。
功能
? 預測塑件、模具嵌件、冷卻水路、加熱棒…等各種組件構成的溫度分布，評估冷卻與加熱系統的控溫設計
? 檢視模溫瞬時變化響應，特別適用急冷急熱、感應加熱…等等多種冷熱切換的變模溫制程
? 提供簡易冷卻分析模塊，快速驗證模具冷卻系統設計
? 進 階熱澆道分析 模塊 可確認熱澆道設計效果，模擬熱澆道內部復雜構造(包含加熱棒控制)
? 快速建立各種水路幾何(包含模外歧管)，并可根據產品自動構建異形水路
