單相流仿真的案例
基于PERA SIM Fluid攪拌器單相流場仿真分析
圖5 截面速度云圖及矢量圖分布
5.結(jié)論
本文利用國產(chǎn)自主仿真軟件PERA SIM Fluid對雙槳攪拌器內(nèi)的單相流場進行了快速仿真分析，得到了當(dāng)前工藝參數(shù)下的槳葉扭矩和攪拌器內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)特性，為攪拌器設(shè)計（槳葉選型設(shè)計/擋板參數(shù)設(shè)計）及工藝參數(shù)優(yōu)化提供參考。
可以看出，作為一款自主研發(fā)的國產(chǎn)流體仿真軟件，PERA SIM Fluid在攪拌器單相流場計算過程中，能很好地完成幾何模型定義、網(wǎng)格劃分、材料定義、邊界設(shè)置、分析求解和結(jié)果查看全過程，仿真流程完善，收斂性好。
作者：安世亞太工程師 鄒劍峰
展開 CFD專欄丨nanoFluidX 單相流和兩相流模型如何選擇？
低速流動的自由液面場景往往是可以采用單相流模型的，比如：車輛涉水分析，油箱晃動，水渠流動等。
在2021.2版本中nanoFuidX增加了一個新的Tartakovsky表面張力模型，改善了單相流的液滴仿真。
積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實現(xiàn)微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
可根據(jù)計算的兩相流動狀態(tài)自動切換所采用的兩相流模型，適用的多相流典型形態(tài)包括界面流、離散相以及混合流，在實際多相流問題中，這三種多相流問題存在空間和時間上變化的可能，軟件根據(jù)兩相之間的存在狀態(tài)可以自動采用不同的多相流模型，提升計算準(zhǔn)確性。
利用高精度的界面捕捉技術(shù)進行數(shù)值仿真計算，可以計算不同毛細(xì)數(shù)(capillary number)對微通道內(nèi)氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質(zhì)量移動的馬蘭戈尼效應(yīng)。
3. 成果及效益
通過使用軟件對環(huán)路熱管進行相變換熱仿真，其蒸發(fā)器和冷凝器的溫度變化與試驗結(jié)果趨勢一致，其中蒸發(fā)器的壁溫與試驗值偏差基本控制在1.5℃以內(nèi)。同時，針對熱管內(nèi)部的微小通道結(jié)構(gòu)，試驗測量難度大、測試設(shè)備成本高等問題，通過相變的仿真計算，可以高精度模擬毛細(xì)力現(xiàn)象、蒸發(fā)器的液體沸騰換熱現(xiàn)象以及冷凝器的高溫蒸汽冷凝現(xiàn)象，準(zhǔn)確預(yù)測氣液兩相的體積分?jǐn)?shù)、介質(zhì)以及壁面的溫度。
此外，通過仿真手段，有效的減少熱管設(shè)計前期的部件和整體試驗次數(shù)，研發(fā)周期縮短2/3，整體的人力成本和試驗設(shè)備成本減少一半以上。
通過一段時間的使用，客戶給予了積極的反饋：“軟件可自動生成笛卡爾網(wǎng)格，比Fluent等軟件節(jié)約一半以上的時間；同時，具備多種蒸發(fā)和冷凝等相變算法，能夠運用在不同的場景；軟件還可以針對不同的材料，進行多孔介質(zhì)和毛細(xì)力計算，這點優(yōu)于同類軟件；軟件能夠較為逼真的復(fù)現(xiàn)熱管相變冷卻的整個流程和現(xiàn)象，達(dá)到國際主流cfd軟件的計算精度。”
方案總結(jié)
本軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢，并與理論計算比較驗證。以用戶提供的某型熱管物理參數(shù)為輸入，可以仿真計算該型熱管隨著功率變化的瞬態(tài)溫度變化趨勢，仿真獲得的結(jié)果與用戶提供的實驗結(jié)果相比較，趨勢一致。
展開 【年終系列實例EX7】單相射流泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬計算
單相射流泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬計算
1 實例說明
如圖1所示的射流泵，包括動力入口、吸入口與出口。已知泵動力入口速度1.66m/s，吸入口速度0.49m/s，出口壓力0.042MPa，研究其內(nèi)部流場分布及泵效率。
圖1射流泵計算模型
2 計算網(wǎng)格
在workbench中構(gòu)建計算流程，采用ICEM CFD進行網(wǎng)格劃分。計算流程如圖2所示。
圖2計算流程
網(wǎng)格劃分過程這里不詳細(xì)描述，建議使用ICEM CFD劃分全六面體網(wǎng)格。這里僅為演示，因此劃分四面體網(wǎng)格。劃分后的計算網(wǎng)格如圖3所示。
圖3生成計算網(wǎng)格
3 計算設(shè)置
FLUENT中的設(shè)置包括以下內(nèi)容，下面以圖形顯示各重要設(shè)置選項。
圖4采用壓力基求解
圖5采用Realizable K-E湍流模型
圖6添加工作介質(zhì)為water-liquid
圖7設(shè)置計算域中介質(zhì)為water-liquid
圖8設(shè)置動力入口邊界條件為速度入口，設(shè)置速度1.66m/s
圖9設(shè)置吸入口速度0.49m/s
圖10設(shè)置出口邊界壓力0.042MPa
圖11壓力速度耦合采用Coupled算法
圖12初始化求解
圖13設(shè)置迭代500步
4 計算結(jié)果分析
4.1 各種物理量查看
圖 14速度云圖
圖 15壓力云圖
4.2 效率計算
定義射流泵效率計算方式：
式中，q3為吸入口流量，P2為出口壓力，P3為吸入口壓力， q1為動力液入口流量，P1為動力入口壓力。
圖 16質(zhì)量流量統(tǒng)計
查看各邊界質(zhì)量流量，如圖16可知，q1=3.24kg/s，q2=4.46kg/s，q3=1.227kg/s。
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離散裂縫網(wǎng)絡(luò)中的單相流計算 ￥150
離散裂縫網(wǎng)絡(luò)中的單相流算例，歡迎交流！
【流固耦合數(shù)值仿真算例】風(fēng)機葉片流固耦合數(shù)值仿真
為了更好地了解風(fēng)機的結(jié)構(gòu)及特點，提高風(fēng)機的總體設(shè)計水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺， 利用OpenFOAM開源軟件進行計算， 考慮流固耦合方式對風(fēng)機葉片上的氣動載荷進行分析。 下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。
風(fēng)機在計算域中的示意圖
風(fēng)機在計算域中的示意圖
風(fēng)機在簡化氣動力下轉(zhuǎn)動效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風(fēng)機塔架、機艙的振動響應(yīng)。
在此種模擬方法下，可以輸出風(fēng)場縱剖面速度云圖，考慮風(fēng)機的尾流效應(yīng)。
單風(fēng)機尾渦效果展示
雙風(fēng)機尾渦效果展示
葉片是風(fēng)力發(fā)電機中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件，其良好的設(shè)計，可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。考慮流固耦合方式對風(fēng)機葉片上的氣動載荷進行分析，可以為風(fēng)機的總體設(shè)計提供一個較為全面的建議及分析方法。
展開 沸騰流仿真（伴隨有相變化的自由表面流仿真）
在氣液二相流仿真中，有時會遇到對沸騰流作模擬。近年來，由于所使用電腦的飛速發(fā)展，有關(guān)混相流課題的流體解析模擬問題差不多都得以解決。即便如此，仍有一些復(fù)雜的混相流現(xiàn)象難以進行模擬。其中之一就是沸騰流。沸騰流雖然在熱交換器，冷卻系統(tǒng)等許多工業(yè)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，但其流動方式會隨液體與傳熱表面的溫度差等因素而發(fā)生變化，是一種復(fù)雜的流動。如果從微觀尺度來著手處理沸騰流問題，就必須對傳熱表面氣泡核的生成，及其隨后的發(fā)展，脫離等過程一一建立模型，目前尚缺乏普遍適用的模擬方法。因此，只能從宏觀途徑來加以考慮。
圖21.1中展示的是，通過自由表面流仿真中的VOF法來模擬沸騰流，對蒸發(fā)和冷凝（液化）這樣的相變化過程，用F值（即流體體積率）的增減來加以表示，從而建立模型。同時，還考慮潛熱的吸收和釋放，以及因氣液態(tài)密度差引起的體積的增減。上述諸量的變化，在局部區(qū)域取得平衡。在此假定的前提下，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Lee于1980年提出了有關(guān)蒸發(fā)和冷凝的一系列基礎(chǔ)方程式，從而建立起一個完整的模型。圖21.2就是Lee建立的模型，各個流體單元內(nèi)的液體溫度若高于飽和溫度（即沸點）就蒸發(fā)，反之就液化。從這一假定出發(fā)，根據(jù)液體溫度與飽和溫度之間的差，同時考慮氣體與液體密度的不同，從而計算出相變化量的大小。
圖21.1 沸騰流的建模
圖21.2 Lee建立的模型
接下來，打算介紹這一章的模擬實例。作為第一個實例，首先來看一下圖21.3。在一個注了水的方形容器的底部加熱，我們來模擬從液相到氣相的相變化過程。圖中展示了VOF值為0.5的等值面。容器底部被加熱，產(chǎn)生了氣相（即氣泡），由于浮力的作用，氣泡徐徐上升，整個過程歷歷在目。
圖21.3 模擬實例之一：在容器底部加熱
另外，在氣相和液相之間的產(chǎn)生相變化時，物質(zhì)的密度也隨之發(fā)生變化。
展開 XFlow與Abaqus的雙向流固耦合仿真須知XFlow與Abaqus的雙向流固耦合仿真須知
1）Abaqus 和XFlow 的協(xié)同仿真屬于FSI 仿真類型，即流固耦合仿真；
2）XFlow 必須在Labs 模式下運行，激活Labs 模式的路徑是：Main menu > Options > Preferences > Application mode> Labs；
3）建議使用Abaqus 2018 及以上版本；
4）Abaqus的協(xié)同仿真服務(wù)功能必須提前安裝好；
5）如果Abaqus的協(xié)同仿真服務(wù)沒有安裝，那么請按以下方式進行安裝：假設(shè)版本是Abaqus 2018， ?》》 首先使用X64命令行運行：abq2018 extractCseApi ?》》 然后把CSS服務(wù)二進制文件夾寫入系統(tǒng)path變量： X:\xxxxxx\Dassault Systemes\SimulationServices\V6R2018x\win_b64\code\bin， 其中X:\xxxxxx是相應(yīng)的安裝盤符和文件夾。
6）如果版本是2019不用安裝5)中的步驟，但也需要建立上述環(huán)境變量。
7）協(xié)同仿真時，數(shù)據(jù)是雙向交互式進行傳遞的，Abaqus傳輸位移和速度信息給XFlow，XFlow傳輸載荷信息給Abaqus，仿真時的所有模型參數(shù)建議使用SI單位制。
展開 Abaqus流場（流-固耦合）仿真案例講解
Abaqus流場（流-固耦合）仿真案例講解
仿真集成模式范式化的工具流和技術(shù)流
仿真學(xué)科種類繁多，而且各學(xué)科之間無可替代。但各學(xué)科所分析的產(chǎn)品對象是同一個，他們之間必然具有關(guān)聯(lián)。事實上，在產(chǎn)品定型過程中，不同設(shè)計參數(shù)會對不同學(xué)科的性能有不同影響，往往這種影響之間是沖突的，必須權(quán)衡折衷解決。因此，多學(xué)科集成仿真和優(yōu)化成為一項重要的工作。多學(xué)科仿真與優(yōu)化人員需要對仿真工具進行封裝以方便相互集成。這種工作往往需要一個專業(yè)化的環(huán)境來進行。本期為大家介紹仿真集成模式范式化。
在協(xié)同設(shè)計模式中，多工具流和工具內(nèi)的技術(shù)流可以幫助設(shè)計人員高效高質(zhì)量地完成工作。仿真集成模式的范式化主要以工具流和技術(shù)流為抓手，將在多個產(chǎn)品或過程中成功應(yīng)用的工具間以及工具內(nèi)的應(yīng)用過程歸一化、普適化和標(biāo)準(zhǔn)化，將多學(xué)科工作過程封裝成過程模板，把軟件內(nèi)的應(yīng)用過程封裝成組件。其他范式直接調(diào)用工具集成范式，可以降低軟件的使用難度，提高使用效率及使用的正確性。以上這些過程主要以仿真過程為多，所以本節(jié)稱為“仿真集成模式范式化”。
仿真學(xué)科種類繁多，而且各學(xué)科之間無可替代。但各學(xué)科所分析的產(chǎn)品對象是同一個，他們之間必然具有關(guān)聯(lián)。事實上，在產(chǎn)品定型過程中，不同設(shè)計參數(shù)會對不同學(xué)科的性能有不同影響，往往這種影響之間是沖突的，必須權(quán)衡折衷解決。因此，多學(xué)科集成仿真和優(yōu)化成為一項重要的工作。
多學(xué)科仿真與優(yōu)化人員需要對仿真工具進行封裝以方便相互集成。這種工作往往需要一個專業(yè)化的環(huán)境來進行。這個環(huán)境包括工具封裝、多學(xué)科流程集成、專業(yè)界面定制等功能。
1.工具應(yīng)用范式封裝為模板（組件）
仿真軟件的使用門檻高，過程復(fù)雜，解決問題的難度高。資深人員的知識可以通過對特定問題在仿真軟件求解的操作過程體現(xiàn)出來，其中反映出軟件選擇、計算方法、材料選擇、模型處理、邊界條件、載荷等效、計算控制、結(jié)果處理及評價、試驗標(biāo)定等方面的經(jīng)驗。
展開 Fluent仿真實例：渦輪增壓機流場仿真
渦輪增壓機，葉片的轉(zhuǎn)速是28,000 RPM，空氣進口溫度是302.6K，進口流量是1500 SCFM，壓力出口總壓是153507 Pa。
渦輪增壓器的網(wǎng)格劃分分成3部分：進風(fēng)管道、葉片和蝸殼。分別獨立劃分網(wǎng)格，需要在交界面處網(wǎng)格加密，有利于交界面的數(shù)據(jù)精確傳遞。
渦輪增壓機的葉片如下：
1、啟動軟件導(dǎo)入網(wǎng)格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D求解器。
1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格。
重排網(wǎng)格分區(qū)，操作：Mesh > Reorder > Domain。
2、模型設(shè)置
設(shè)置湍流模型為k-epsilon模型。
3、材料設(shè)置
渦輪增壓機的轉(zhuǎn)速很快，會對空氣進行壓縮并產(chǎn)生熱量，所以這里將空氣設(shè)置為理想氣體。將空氣設(shè)置為理想氣體，軟件會提示將能量方程啟動。
4、計算域設(shè)置
首先設(shè)置轉(zhuǎn)速的單位，菜單欄Define > Units…
由于葉片區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的，需要設(shè)置impeller區(qū)域。
在打開的設(shè)置頁面設(shè)置如下。
5、邊界設(shè)置
5.1 進口inlet邊界，Type設(shè)置為mass-flow-inlet類型。
5.2 出口outlet，Type設(shè)置為pressure-outlet類型。
5.3 葉片旋轉(zhuǎn)邊界impeller_wall，Type設(shè)置為wall類型。
5.4 其他的壁面設(shè)置，shell_wall和windin_wall，即所有與周圍空氣接觸的壁面。由于增壓機壁面會和周圍環(huán)境對流換熱，這里將對流系數(shù)設(shè)置為10 w/m2-k。
6、interface面設(shè)置
這里有兩個對interface面，操作：軟件左側(cè)樹目錄Mesh Interface > Create/Edit…
展開 
Abaqus管道流場仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
Abaqus管道流場仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
FLUENT精典案例#337#295#134-攪拌器仿真ICEM網(wǎng)格版
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FLUENT精典案例#337#295#134-攪拌器仿真ICEM網(wǎng)格版
攪拌器仿真ICEM網(wǎng)格版，目前共存三套，本次將分別介紹（另有其它版本若干，后續(xù)會推送）：
1、FLUENT精典案例#337-雙層槳攪拌器單相流仿真(WORKBENCH19.2-ICEM-FLUENT、TECPLOT2015)
2、FLUENT精典案例#295-雙層槳攪拌器（單相流+顆粒）仿真（WORKBENCH15.0-DM-ICEM-FLUENT-POST、TECPLOT2015）
3、FLUENT精典案例#134-攪拌器氣液兩相VOF仿真（CREO3.0、WORKBENCH19.2-DM-ICEM-FLUENT）
前置說明
攪拌器類旋轉(zhuǎn)機械必然會涉及共同問題，其它推送中也提到過。
展開 自主仿真 | 基于PERA SIM的水泵流場仿真分析
0.摘要
本文通過安世亞太自主開發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對水泵內(nèi)流場進行計算分析，得到水泵在不同流量下的特性值。通過這個計算分析，展示PERA SIM Fluid的相關(guān)功能，希望對其他工程師有所幫助。
關(guān)鍵詞：水泵；MRF；揚程特性曲線；效率特性曲線
1.引言
水泵作為一種廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)和民用領(lǐng)域的流體輸送設(shè)備，其功能和應(yīng)用在現(xiàn)代社會中顯得尤為關(guān)鍵。水泵的主要功能是通過機械能的作用，將低處的水或其他液體提升至高處，或增加其壓力，以滿足灌溉、供水、排水、制冷、加熱等不同場合的需求。其應(yīng)用不僅限于日常生活，更深入到能源、化工、環(huán)保等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。然而，水泵在運行過程中受到諸多因素的影響，如流體的物性、管道布置、轉(zhuǎn)速、揚程等，這些因素直接關(guān)系到水泵的性能和效率。因此，對水泵特性進行深入研究，不僅有助于優(yōu)化水泵設(shè)計、提高運行效率，而且對于節(jié)能減排、推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步具有重要意義。
在水泵的設(shè)計及優(yōu)化過程中，仿真技術(shù)的重要性不可忽視。通過仿真模擬，研究人員可以在不實際制造或安裝水泵的情況下，預(yù)測其性能表現(xiàn)，從而大幅縮短研發(fā)周期，減少成本投入。仿真可以模擬各種工作條件和流體特性，分析水泵在不同場景下的效率、穩(wěn)定性和可靠性。此外，仿真還有助于優(yōu)化水泵設(shè)計，通過調(diào)整參數(shù)和模型，實現(xiàn)性能的最優(yōu)化。在評估水泵的節(jié)能潛力和環(huán)境影響方面，仿真技術(shù)同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此，仿真不僅為水泵研究提供了有效的分析工具，更為水泵技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用提供了有力支撐。
本文通過通用流體分析軟件PERA SIM Fluid對離心泵內(nèi)流場流動進行仿真分析，展示PERA SIM Fluid實現(xiàn)水泵特性研究的方法。
展開 WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應(yīng)力仿真
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WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應(yīng)力仿真
01
案例介紹
如圖所示的螺桿（單）擠出機，擠出量可以設(shè)定為800kgh，螺桿轉(zhuǎn)速340rpm，物料密度700kg/m3，粘度1620Pa.s，物料含水率為30%，要模擬此過程中的流場和螺桿應(yīng)力分布。
