三維瞬態(tài)CFD分析的案例
【流體機(jī)械專(zhuān)欄】考慮簧 片閥耦合的往復(fù)活塞壓縮機(jī)三維瞬態(tài)CFD分析
在已有的報(bào)道中鮮有這種活塞壓縮機(jī)-閥系統(tǒng)耦合CFD模型。這是因?yàn)椋鶑?fù)壓縮機(jī)的三維CFD耦合建模會(huì)涉及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格算法和可變時(shí)間步長(zhǎng)模型，建模難度太大。Simerics MP+軟件專(zhuān)注于容積式流體機(jī)械（如泵和壓縮機(jī)）的CFD仿真，將往復(fù)壓縮機(jī)三維CFD網(wǎng)格劃分和求解方法模板化，解決了軟件易用性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。
CFD專(zhuān)欄丨三維 CFD 瞬態(tài)熱模型，物理時(shí)間超長(zhǎng)怎么辦？
AcuSolve 的Dual time stepping功能可以顯著加速長(zhǎng)時(shí)間的瞬態(tài)熱分析模型，而且只需提交一個(gè)計(jì)算任務(wù)，無(wú)需手動(dòng)做插值或平均。
Simerics | 渦旋壓縮機(jī)三維瞬態(tài)CFD仿真
Simerics-MP+渦旋壓縮機(jī)仿真優(yōu)勢(shì)
Simerics-MP+作為專(zhuān)業(yè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械CFD仿真軟件，對(duì)于渦旋式壓縮機(jī)仿真分析具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
專(zhuān)業(yè)的渦旋壓縮機(jī)網(wǎng)格模板
針對(duì)渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，流體域存在變形，其流體域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分比較困難的情況，Simerics-MP+配備了專(zhuān)業(yè)的渦旋壓縮機(jī)模板，保證了轉(zhuǎn)子在整個(gè)中的嚙合質(zhì)量，特別是對(duì)于間隙較小的區(qū)域，能夠?yàn)闇u旋壓縮機(jī)一鍵式生成連續(xù)的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
干貨 | ANSYS瞬態(tài)CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
由于CFD分析的計(jì)算量一般比較大，工程師往往都是盡可能地對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況分析，這樣可以在很大程度上提升研發(fā)效率。但實(shí)際中，由于物體運(yùn)動(dòng)、邊界條件改變或流動(dòng)自身特性等原因，流動(dòng)現(xiàn)象都是隨時(shí)間變化而變化的，這就必須進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來(lái)了解下如何使用ANSYS進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。
圖1顯示的是一個(gè)振蕩器結(jié)構(gòu)，為了減少計(jì)算量，我們采用2D模型來(lái)分析。由于康達(dá)效應(yīng)的影響，入口射流會(huì)有偏向一側(cè)曲面的趨勢(shì)，而結(jié)構(gòu)又是對(duì)稱(chēng)的，因此射流一開(kāi)始會(huì)隨機(jī)偏向任意一側(cè)。當(dāng)流體偏向某一側(cè)的時(shí)候，由于結(jié)構(gòu)存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會(huì)對(duì)入口射流產(chǎn)生干擾，使得射流偏向另一側(cè)。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會(huì)在兩個(gè)偏轉(zhuǎn)狀態(tài)之間不斷來(lái)回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個(gè)明顯的瞬態(tài)現(xiàn)象，需要進(jìn)行瞬態(tài)分析。
圖1 流體自控振蕩器結(jié)構(gòu)圖
瞬態(tài)分析有兩點(diǎn)是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩(wěn)態(tài)分析的初始值不同，瞬態(tài)分析的初始值是有實(shí)際物理意義的，表示瞬態(tài)現(xiàn)象在0時(shí)刻的物理狀態(tài)，對(duì)于流動(dòng)內(nèi)部自發(fā)的瞬態(tài)現(xiàn)象，可以先求解一個(gè)穩(wěn)態(tài)解作為瞬態(tài)分析的初始值。
2、 合理設(shè)定時(shí)間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網(wǎng)格長(zhǎng)度，V為特征速度。
所以，我們先按穩(wěn)態(tài)模型設(shè)置的過(guò)程求解出一個(gè)穩(wěn)態(tài)解。
展開(kāi) 
干貨 | ANSYS瞬態(tài)CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
由于CFD分析的計(jì)算量一般比較大，工程師往往都是盡可能地對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況分析，這樣可以在很大程度上提升研發(fā)效率。但實(shí)際中，由于物體運(yùn)動(dòng)、邊界條件改變或流動(dòng)自身特性等原因，流動(dòng)現(xiàn)象都是隨時(shí)間變化而變化的，這就必須進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來(lái)了解下如何使用ANSYS進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。
圖1顯示的是一個(gè)振蕩器結(jié)構(gòu)，為了減少計(jì)算量，我們采用2D模型來(lái)分析。由于康達(dá)效應(yīng)的影響，入口射流會(huì)有偏向一側(cè)曲面的趨勢(shì)，而結(jié)構(gòu)又是對(duì)稱(chēng)的，因此射流一開(kāi)始會(huì)隨機(jī)偏向任意一側(cè)。當(dāng)流體偏向某一側(cè)的時(shí)候，由于結(jié)構(gòu)存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會(huì)對(duì)入口射流產(chǎn)生干擾，使得射流偏向另一側(cè)。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會(huì)在兩個(gè)偏轉(zhuǎn)狀態(tài)之間不斷來(lái)回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個(gè)明顯的瞬態(tài)現(xiàn)象，需要進(jìn)行瞬態(tài)分析。
圖1 流體自控振蕩器結(jié)構(gòu)圖
瞬態(tài)分析有兩點(diǎn)是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩(wěn)態(tài)分析的初始值不同，瞬態(tài)分析的初始值是有實(shí)際物理意義的，表示瞬態(tài)現(xiàn)象在0時(shí)刻的物理狀態(tài)，對(duì)于流動(dòng)內(nèi)部自發(fā)的瞬態(tài)現(xiàn)象，可以先求解一個(gè)穩(wěn)態(tài)解作為瞬態(tài)分析的初始值。
2、 合理設(shè)定時(shí)間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網(wǎng)格長(zhǎng)度，V為特征速度。
所以，我們先按穩(wěn)態(tài)模型設(shè)置的過(guò)程求解出一個(gè)穩(wěn)態(tài)解。
展開(kāi) 「CFD案例-Fluent」23 固體圓柱自然對(duì)流換熱二維瞬態(tài)分析
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進(jìn)行固體圓柱自然對(duì)流換熱二維瞬態(tài)CFD仿真。首先于DesignModeler中建立幾何模型，接著導(dǎo)入ANSYS Mesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行命名邊界條件，然后利用Fluent進(jìn)行求解，最后在CFD-POST中進(jìn)行后處理。案例基于2D、瞬態(tài)求解。
一
案例模型
二
Workbench設(shè)置
▼ 將Fluid Flow(Fluent)拖入右邊空白界面。
▼ 以DesignModeler方式打開(kāi)Geometry。
模型建立完畢，轉(zhuǎn)入ANSYS Mesh，網(wǎng)格劃分。
三
Fluent設(shè)置
▼ 打開(kāi)Fluent登錄界面進(jìn)行設(shè)置。
展開(kāi) CONVERGE滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)三維CFD分析案例
CONVERGE滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)三維CFD分析案例
關(guān)于CONVERGE
CONVERGE是由美國(guó)Convergent Science Inc（CSI）公司2006年開(kāi)發(fā)的一款新一代CFD軟件。因?yàn)樗籆SI舉解決了CFD領(lǐng)域中非常棘手的全自動(dòng)六面體網(wǎng)格剖分和運(yùn)動(dòng)邊界處理問(wèn)題，并具備完善的湍流、噴霧、燃燒、排放等發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)分析需要的各種物理模型而在行業(yè)大獲好評(píng)和推薦！CONVERGE首先被成功應(yīng)用到活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，包括柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣/乙醇/氫氣/混合氣體發(fā)動(dòng)機(jī)等，如今，CONVERGE已一躍成為國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用最廣泛的知名CFD分析工具!
滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，制造成本低，效率和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在小容量冰箱或空調(diào)被大量使用。其主要工作部件（如圖1）包括靜態(tài)氣缸、偏心滾動(dòng)轉(zhuǎn)子、滑片和排氣閥等。所有部件之間存在兩條主要的接觸線，分別是偏心轉(zhuǎn)子和氣缸壁之間以及滾動(dòng)轉(zhuǎn)子和滑片之間。兩條接觸線使整個(gè)腔室分為吸氣室和壓縮室。吸氣室和進(jìn)氣道相連，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，腔體擴(kuò)張，氣體進(jìn)入腔室。同時(shí)，壓縮室體積減小，一旦壓力足夠大，排氣閥打開(kāi)，壓縮氣體排出。
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