容積效率計(jì)算
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容積效率計(jì)算的視頻教程
計(jì)算效率——Abaqus 子模型案例詳解
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容積效率計(jì)算的實(shí)例教程
吳霞俊
（神鋼無錫壓縮機(jī)股份有限公司，江蘇無錫２１４１４５）
［摘 要］：容積效率的準(zhǔn)確計(jì)算是螺桿壓縮機(jī)熱力計(jì)算的重要組成部分?，F(xiàn)有的半經(jīng)驗(yàn)法根據(jù)低馬赫數(shù)工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了考慮泄漏、進(jìn)氣溫度修正和充氣修正的方法。隨著螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的進(jìn)步，螺桿壓縮機(jī)趨向大型化和高速化，原有的計(jì)算方法在高馬赫數(shù)的工況下，不能很好的吻合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
作者基于Ｌ林德的半經(jīng)驗(yàn)容積效率計(jì)算方法提出了考慮流動(dòng)損失的容積效率計(jì)算方法，取得了較好的效果。
［關(guān)鍵詞］：螺桿壓縮機(jī)；容積效率；流動(dòng)損失；馬赫數(shù)；修正
１ 引言
螺桿壓縮機(jī)因兼顧活塞式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，其使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。容積流量作為螺桿壓縮機(jī)最重要的指標(biāo)之一，其計(jì)算的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到螺桿壓縮機(jī)的正常使用以及系統(tǒng)的能耗。容積效率的正確計(jì)算是螺桿壓縮機(jī)熱力學(xué)計(jì)算的重要組成部分。
目前有關(guān)螺桿壓縮機(jī)容積效率的計(jì)算，主要有經(jīng)驗(yàn)法、半經(jīng)驗(yàn)法和數(shù)值模擬法。數(shù)值模擬法主要應(yīng)用于理論研究中，經(jīng)驗(yàn)法和半經(jīng)驗(yàn)法主要用于工程實(shí)際中。經(jīng)驗(yàn)法需要計(jì)算者擁有豐富的螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)積累。理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的半經(jīng)驗(yàn)法則對(duì)計(jì)算者的經(jīng)驗(yàn)要求可以大大降低。邢子文［１］、彭學(xué)院［２］、Ｎ.Ｓｔｏｓｉｃ［３］等對(duì)噴油螺桿壓縮機(jī)的工作過程進(jìn)行了大量的研究，在容器效率方面的研究重點(diǎn)為轉(zhuǎn)子內(nèi)部的壓縮過程中的泄漏研究，深入研究了潤(rùn)滑油的分布和對(duì)間隙泄漏的影響。邢子文［１］分析了影響螺桿壓縮機(jī)容積效率的因素和基于經(jīng)驗(yàn)的容積效率取值范圍和取值方法。國(guó)內(nèi)黃忠［４］等基于制冷噴油螺桿壓縮機(jī)的研究，提出了考慮泄漏和進(jìn)氣溫度影響的容積效率的半經(jīng)驗(yàn)法的計(jì)算方法（Ｈ法），李慶剛［５］等基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)Ｈ法進(jìn)行了修正，得到了比較理想的計(jì)算制冷螺桿壓縮機(jī)螺桿效率的方法。
展開 由于內(nèi)泄所導(dǎo)致的容積效率損失不能通過回油量來體現(xiàn)，故在試驗(yàn)時(shí)采用空載流量與加載流量的比值來計(jì)算容積效率，試驗(yàn)中主機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，加載時(shí)出口壓力為25MPa，則不同擺角下1#配流盤與2#配流盤的容積效率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：
圖13 不同擺角容積效率曲線
如圖13所示，不同擺角下，改進(jìn)后的2#配流盤容積效率均比1#配流盤高，其容積效率高出1#配流盤2.2%~10.5%，且擺角越小提升效果越明顯，試驗(yàn)結(jié)果與仿真曲線基本吻合。
展開 我們發(fā)現(xiàn)，8線程下的計(jì)算耗時(shí)優(yōu)于16線程，這可能是因?yàn)?6線程CPU多核心之間通信時(shí)間增加導(dǎo)致整體效率下降。綜合以上來看，最佳計(jì)算線程數(shù)應(yīng)在12左右。CPU線程數(shù)并非越多越好，它存在最優(yōu)線程數(shù)，相關(guān)文獻(xiàn)已對(duì)此進(jìn)行研究[2]。在16線程情況下，由于遠(yuǎn)程控制操作計(jì)算，進(jìn)程任務(wù)包括計(jì)算任務(wù)、遠(yuǎn)程控制任務(wù)及系統(tǒng)本身任務(wù)，這將會(huì)降低計(jì)算效率，因此，在大多數(shù)情況下，留出1、2個(gè)進(jìn)程給系統(tǒng)等任務(wù)可能會(huì)帶來更好的性能。
04 超線程加速
超線程（Hyper-Threading）是Intel研發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)，它通過在單個(gè)物理處理器核心中模擬出多個(gè)邏輯處理器，使其并發(fā)執(zhí)行多個(gè)線程。超線程技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)在于提升處理器的并行度和資源利用率。
通過模擬多個(gè)邏輯處理器，超線程能夠在同一時(shí)間周期內(nèi)執(zhí)行多個(gè)線程，進(jìn)而有益于多線程應(yīng)用程序和并行計(jì)算任務(wù)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度與整體性能。此外，超線程技術(shù)還有助于減少資源閑置時(shí)間。當(dāng)一個(gè)線程需要等待某些資源時(shí)，另一線程可以繼續(xù)使用其他可用資源，從而降低等待時(shí)間與資源浪費(fèi)。
然而，超線程技術(shù)也存在一定局限性，因其并未實(shí)質(zhì)性地增加處理器核心的數(shù)量，只是通過邏輯模擬來實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程的同時(shí)執(zhí)行。因此，在某些情況下，多線程可能會(huì)競(jìng)爭(zhēng)相同的物理資源，導(dǎo)致性能下降。此外，超線程技術(shù)的實(shí)際效果與應(yīng)用程序特性和線程調(diào)度密切相關(guān)。對(duì)于某些特定類型的應(yīng)用程序，超線程技術(shù)可能無法帶來顯著的性能提升。對(duì)于高度并行化的任務(wù)，超線程可能會(huì)帶來更大的性能提升。
展開 摘 要 本文通過一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算例子說明在使用有限元分析軟件MSC/Nastran進(jìn)行實(shí)際工程計(jì)算時(shí)，計(jì)算精度、計(jì)算機(jī)時(shí)與有限元規(guī)模之間的關(guān)系，通過比較，可以看出，在工程實(shí)際計(jì)算中，應(yīng)合理地對(duì)計(jì)算問題進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分，以較高的計(jì)算效率獲得較高的計(jì)算精度。
問題：
對(duì)于復(fù)雜模型進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，網(wǎng)格規(guī)模巨大、計(jì)算難度驟增。Ansys針對(duì)這類工程問題提供模態(tài)綜合法（CMS）利用超單元，將非關(guān)鍵部件進(jìn)行縮減計(jì)算。
本文根據(jù)查閱到的網(wǎng)絡(luò)資料，對(duì)超單元縮減計(jì)算如何在Ansys Workbench 中實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了介紹。
示例：
工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品需要模擬工作環(huán)境進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)已經(jīng)很復(fù)雜，再加上工裝往往是一個(gè)更大的結(jié)構(gòu)。因此這類仿真計(jì)算非常適合適用子結(jié)構(gòu)技術(shù)，將工裝等大模型進(jìn)行超單元縮減計(jì)算，可以顯著提升計(jì)算效率。
如下圖所示，產(chǎn)品+工裝進(jìn)行振動(dòng)模擬仿真，仿真產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模態(tài)和端點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)加速度曲線。
結(jié)果展示：
使用超單元縮減計(jì)算，可以有效完成復(fù)雜模型的計(jì)算需求。且計(jì)算結(jié)果基本一致。
詳細(xì)步驟：
模型說明：
? 產(chǎn)品由PartA和PartB兩個(gè)部分構(gòu)成，其中PartA兩端夾持部位做了共面處理（驗(yàn)證連接關(guān)系，可以忽略）；
? 各個(gè)零件的連接面有一定間隙，使用Bonded MPC Radius 3mm 連接；
? 約束工裝底面 fix；
一：產(chǎn)品+工裝完整模型計(jì)算
產(chǎn)品+工裝一起進(jìn)行模態(tài)和5-2000Hz的諧響應(yīng)仿真，提取前6階模態(tài)和軸端點(diǎn)的加速度響應(yīng)，作為驗(yàn)證結(jié)果與子結(jié)構(gòu)方法進(jìn)行對(duì)比。
1、模態(tài)計(jì)算
模態(tài)計(jì)算結(jié)果如下所示。
2、模態(tài)疊加法，諧響應(yīng)掃頻計(jì)算
諧響應(yīng)掃頻提取端點(diǎn)加速度響應(yīng)以及688Hz、1620Hz處的應(yīng)力云圖如下所示。
二：子結(jié)構(gòu)，超單元縮減工裝進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算
1、 工裝模型進(jìn)行超單元縮減
? 首先，由工裝+產(chǎn)品的模態(tài)計(jì)算模塊，復(fù)制一個(gè)新的模態(tài)計(jì)算模塊；
? 在新模態(tài)計(jì)算模塊中只保留需要縮減為超單元的工裝模型，其余模型均做supress抑制。
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容積效率計(jì)算的最新內(nèi)容
01 多重網(wǎng)格方法介紹
多重網(wǎng)格方法是一種高效求解偏微分方程離散系統(tǒng)的迭代方法，其核心思想是通過不同網(wǎng)格層次的協(xié)同作用加速收斂。它分為幾何多重網(wǎng)格（Geometric Multigrid Method, GMG）和代數(shù)多重網(wǎng)格（Algebraic Multigrid Method, AMG）兩類，分別基于幾何信息和純代數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建。
傳統(tǒng)迭代方法如雅可比(Jacobi)、高斯-賽德爾
問題：
對(duì)于復(fù)雜模型進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，網(wǎng)格規(guī)模巨大、計(jì)算難度驟增。Ansys針對(duì)這類工程問題提供模態(tài)綜合法（CMS）利用超單元，將非關(guān)鍵部件進(jìn)行縮減計(jì)算。
本文根據(jù)查閱到的網(wǎng)絡(luò)資料，對(duì)超單元縮減計(jì)算如何在Ansys Workbench 中實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了介紹。
示例：
工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品需要模擬工作環(huán)境進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)已經(jīng)很復(fù)雜，再加上工裝往往是一個(gè)更大的結(jié)構(gòu)。因此這類仿真計(jì)算非常適合適用子結(jié)構(gòu)技術(shù)
參考文獻(xiàn)：《Influence of texture distribution in magnesium welds on their non-uniform mechanical behavior: A CPFEM study》
主導(dǎo)孿晶重定向（PTR）方案作為目前處理HCP晶格結(jié)構(gòu)的多晶材料孿晶模擬中最常使用的方案被廣泛討論，然而晶體取向旋轉(zhuǎn)過程可能會(huì)造成模擬的收斂性問題，選擇一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的本構(gòu)框以及迭代變量對(duì)模擬計(jì)算效率的提升是有意義的
“Adams-Marc聯(lián)合仿真能力滿足我們?cè)诤侠頃r(shí)間內(nèi)獲得合理結(jié)果的指導(dǎo)方針，使用此解決方案可以在計(jì)算時(shí)間上減少90%，采用高級(jí)非線性有限元分析和優(yōu)化變得現(xiàn)實(shí)。這種開發(fā)流程提供了巨大的好處，對(duì)我們的產(chǎn)品性能提升至關(guān)重要，我們很自豪能共同合作推進(jìn)該技術(shù)。”
——萊頓汽車集團(tuán)總工程師 賈博士
萊頓汽車集團(tuán)的曲軸減震器扭矩調(diào)制器專利，
開始前幾個(gè)問題：
問題1：計(jì)算機(jī)上只有1個(gè)8核16線程的CPU，在計(jì)算LS-DYNA SMP版本的算例時(shí)，CPU數(shù)目分別使用4、8、16,求解的效率會(huì)是線性增長(zhǎng)嗎？
問題2：計(jì)算機(jī)上只有1個(gè)32核64線程的CPU，在計(jì)算LS-DYNA SMP版本的算例時(shí)，CPU數(shù)目分別使用8、16、32、64, 求解的效率會(huì)是線性增長(zhǎng)嗎？
問題3：計(jì)算機(jī)上只有1個(gè)8核16線程的CPU，在計(jì)算LS-DYNA
作為流體仿真軟件的“頂流”，F(xiàn)luent被學(xué)生、工程師及科研人員廣泛使用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，Ansys工程師們致力于優(yōu)化底層的并行算法，以提升其計(jì)算性能，使用戶體驗(yàn)飛一般的計(jì)算速度。
在Ansys Fluent中，盡管工程師已經(jīng)針對(duì)并行算法進(jìn)行了充分優(yōu)化，但在實(shí)際應(yīng)用中，還有其他方法可以進(jìn)一步提高計(jì)算性能。本文闡述了Fluent并行計(jì)算的基本原理，同時(shí)探討通過AVX2指令集加速
“Adams-Marc聯(lián)合仿真能力滿足我們?cè)诤侠頃r(shí)間內(nèi)獲得合理結(jié)果的指導(dǎo)方針，使用此解決方案可以在計(jì)算時(shí)間上減少90%，采用高級(jí)非線性有限元分析和優(yōu)化變得現(xiàn)實(shí)。這種開發(fā)流程提供了巨大的好處，對(duì)我們的產(chǎn)品性能提升至關(guān)重要，我們很自豪能共同合作推進(jìn)該技術(shù)?！?——萊頓汽車集團(tuán)總工程師 賈博士
萊頓汽車集團(tuán)的曲軸減震器扭矩調(diào)制器專利，采用弧形彈簧隔離機(jī)構(gòu)，以使附件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)慣性與發(fā)動(dòng)機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)解耦
高性能計(jì)算（HPC）技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。當(dāng)仿真用戶及軟硬件資源發(fā)展到一定的階段，如何有效地管理和分配軟硬件資源以及仿真任務(wù)調(diào)度是一個(gè)不容忽視的問題。現(xiàn)階段業(yè)界主流方式是采用調(diào)度軟件，來分配管理軟硬件資源的使用。
調(diào)度軟件給用戶和計(jì)算資源之前提供了一個(gè)平臺(tái)，幫助客戶解決以下問題
“Adams-Marc聯(lián)合仿真能力滿足我們?cè)诤侠頃r(shí)間內(nèi)獲得合理結(jié)果的指導(dǎo)方針，使用此解決方案可以在計(jì)算時(shí)間上減少90%，采用高級(jí)非線性有限元分析和優(yōu)化變得現(xiàn)實(shí)。這種開發(fā)流程提供了巨大的好處，對(duì)我們的產(chǎn)品性能提升至關(guān)重要，我們很自豪能共同合作推進(jìn)該技術(shù)?！?——萊頓汽車集團(tuán)總工程師 賈博士 萊頓汽車集團(tuán)的曲軸減震器扭矩調(diào)制器專利，采用弧形彈簧隔離機(jī)構(gòu)，以使附件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)慣性與發(fā)動(dòng)機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)解耦。萊頓扭
當(dāng)你第一次嘗試使用 COMSOL 軟件的粒子追蹤模塊模擬流體中非常小的粒子（通常直徑為幾十微米或更小的粒子）時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)求解器使用的時(shí)步比平常要短得多。這通常是由于粒子的運(yùn)動(dòng)方程表現(xiàn)出數(shù)值剛度而導(dǎo)致的。在這篇文章中，我們將介紹與粒子仿真有關(guān)的剛度的概念，并提供一些基于粒子大小選擇正確方程的指南。
示例：小球形粒子的重力沉降
以一個(gè)小的球形粒子為例
