流場-聲場聯合仿真的案例
制冷壓縮機振動噪聲控制技術
筆者團隊實現了基于溫度場和壓力場作用下的轉子和殼體變形的預測計算，如圖2所示。
圖2 雙螺桿式制冷壓縮機流-熱-固耦合變形預測
在結構設計方面，基于轉子軸系結構建立轉子軸系的動力學模型，在轉子齒間氣體力和軸系自身不平衡質量離心力的耦合作用下，預測轉子軸系的振動激勵源及其頻譜特性，通過衰減齒間氣流脈動、提高轉子軸系的動平衡精度等級等措施，減小轉子軸系的不平衡質量，抑制轉子軸系的振動激勵?；谵D子軸系的激勵源特性，優化轉子軸系的結構剛度和軸承阻尼，提升轉子軸系的臨界轉速，抑制轉子軸系振動響應；改善殼體等結構部件的剛度和阻尼，偏移結構部件的固有頻率，偏離振動激勵源的共振區，抑制結構部件的振動響應。在裝配工藝上，基于螺桿式制冷壓縮機運行工況，考慮壓縮機工作過程中壓力場和溫度場分布，計算轉子變形量和殼體的變形量，根據各自的變形量設置理想的配合間隙，不僅可減小泄漏量、提升能效，而且可以防止因間隙過小異常接觸而產生的異常振動。
1.2.2 流致性振動噪聲
雙螺桿式制冷壓縮機流場-聲場聯合仿真預測技術是解決流致性振動噪聲問題的關鍵。筆者團隊基于雙螺桿式制冷壓縮機的結構參數，應用CFD數值仿真技術，建立壓縮機工作過程的非定常流場，分析流場的壓力云圖和壓力時域特性，開展流場和聲場的聯合仿真，預測氣動聲學特性，如圖3所示。從圖3（e）和（f）壓力時域和噪聲頻譜的計算結果可以看出，雙螺桿式制冷壓縮機氣流脈動具有顯著的周期性，其前四階的氣動噪聲相對較大。將流場和聲場的預測結果反饋給結構設計，實現雙螺桿式制冷壓縮機流場與聲場的優化。
圖3 雙螺桿式制冷壓縮機流場-聲場聯合仿真預測
基于雙螺桿式制冷壓縮機的流場和聲場特性，設計氣流脈動衰減裝置，抑制氣流脈動誘發的振動噪聲。
展開 Workbench fluent風力發電機組葉片流場及溫度場仿真，附詳解視頻及原模型 ￥96
軟件會自動創建接觸，無需單獨設置即可，流場會自動識別為接觸面。
關閉該模塊進入fluent模塊，雙擊對應模塊即可進入流體模塊。
3. 求解設置與邊界條件
材料屬性與求解器配置
材料庫設置，在Fluent中雙擊空氣材料（Air），可以設置對應材料屬性。
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
設計仿真 | 聯合仿真助力灣流航空機翼建模求解時間提升50%
關于灣流航空
灣流航空公司是通用動力公司的全資子公司，負責設計、開發、制造、銷售、服務和支持先進的公務機。自1958年以來灣流已經為全球客戶生產了2000多架飛機 。灣流提供了一個全面的機隊，包括寬艙高速灣流G150?全新大機艙、中檔灣流G280?大機艙，遠程G450?大客艙超遠程灣流G550?和超大客艙超遠程G650?。灣流還通過灣流預購飛機銷售提供飛機所有權服務，該公司在全球12個地點擁有超過13,000名員工。
Fluent仿真實例：渦輪增壓機流場仿真
渦輪增壓機，葉片的轉速是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。
渦輪增壓器的網格劃分分成3部分：進風管道、葉片和蝸殼。分別獨立劃分網格，需要在交界面處網格加密，有利于交界面的數據精確傳遞。
渦輪增壓機的葉片如下：
1、啟動軟件導入網格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D求解器。
1.2 導入網格。
重排網格分區，操作：Mesh > Reorder > Domain。
2、模型設置
設置湍流模型為k-epsilon模型。
3、材料設置
渦輪增壓機的轉速很快，會對空氣進行壓縮并產生熱量，所以這里將空氣設置為理想氣體。將空氣設置為理想氣體，軟件會提示將能量方程啟動。
4、計算域設置
首先設置轉速的單位，菜單欄Define > Units…
由于葉片區域是旋轉的，需要設置impeller區域。
在打開的設置頁面設置如下。
5、邊界設置
5.1 進口inlet邊界，Type設置為mass-flow-inlet類型。
5.2 出口outlet，Type設置為pressure-outlet類型。
5.3 葉片旋轉邊界impeller_wall，Type設置為wall類型。
5.4 其他的壁面設置，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境對流換熱，這里將對流系數設置為10 w/m2-k。
6、interface面設置
這里有兩個對interface面，操作：軟件左側樹目錄Mesh Interface > Create/Edit…
展開 設計仿真 | 聯合仿真助力灣流航空機翼建模求解時間提升50%
關于灣流航空
灣流航空公司是通用動力公司的全資子公司，負責設計、開發、制造、銷售、服務和支持先進的公務機。自1958年以來灣流已經為全球客戶生產了2000多架飛機 。灣流提供了一個全面的機隊，包括寬艙高速灣流G150?全新大機艙、中檔灣流G280?大機艙，遠程G450?大客艙超遠程灣流G550?和超大客艙超遠程G650?。灣流還通過灣流預購飛機銷售提供飛機所有權服務，該公司在全球12個地點擁有超過13,000名員工。
場路聯合仿真方法的實現
（轉）
由于常規的弱耦合方法，在機電系統聯合仿真中，容易造成系統出現不收斂和計算精度偏差的問題，針對該問題，可以通過采用同步迭代方式和直接強耦合方式來得到解決。
在直接強耦合方式中，求解算法采用同步求解電路、非線性器件和有限元模型，可以從根本上消除弱耦合方法的問題，因此其計算精度和收斂性都非常好。
在EasiMotor 軟件中，集成了電機 + 控制器仿真的直接耦合分析方法，采用該集成設計模塊能夠快速準確的展開機電一體化電機系統的仿真分析，軟件集成了電機控制的多種常規控制算法，如下表所示：
對于變頻器 + 電機應用的場合，利用軟件內嵌的算法便可以非常方便和快捷的進行系統的設計評估，極大程度的方便了一體化驅動系統的設計工作。
在直接耦合分析過程中，控制算法根據電機采樣數據，確定功率器件開關狀態，并根據 PWM 脈寬確定下一步仿真步長。這樣一方面在直接耦合中實現了數字控制技術、外部電路和有限元模型的完整系統仿真，另一方面由于步長根據 PWM 信號確定，因此其仿真計算量與弱耦合觸發方式基本一致，如圖 1 為 EasiMotor 中直接耦合算法的設置界面。
圖 1 電機與控制器直接耦合分析設置界面
圖 2 為 EasiMotor 中建立的電機控
制系統直接耦合分析原理圖。
圖 2 電機與控制器直接耦合分析原理圖
圖3為直接耦合方式下永磁同步電機起動過程轉速響應曲線和電流響應曲線，完成該仿真的時間為1h:33min:36s。
（a）電機轉速、轉速響應曲線
（b）電機電流響應曲線
圖 3 永磁同步電機起動響應波形
由于直接耦合模式中既解決了弱耦合模式下仿真精度與收斂性的問題，又解決了同步迭代模式下仿真時間過長的缺陷，因此，該方法尤其適用于電機驅動系統的有限元仿真分析。
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）
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的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對水泵內流場進行計算分析，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的相關功能，希望對其他工程師有所幫助。
關鍵詞：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用于各種工業、農業和民用領域的流體輸送設備，其功能和應用在現代社會中顯得尤為關鍵。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。其應用不僅限于日常生活，更深入到能源、化工、環保等國民經濟的各個領域。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、轉速、揚程等，這些因素直接關系到水泵的性能和效率。因此，對水泵特性進行深入研究，不僅有助于優化水泵設計、提高運行效率，而且對于節能減排、推動相關領域的技術進步具有重要意義。
在水泵的設計及優化過程中，仿真技術的重要性不可忽視。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，預測其性能表現，從而大幅縮短研發周期，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、穩定性和可靠性。此外，仿真還有助于優化水泵設計，通過調整參數和模型，實現性能的最優化。在評估水泵的節能潛力和環境影響方面，仿真技術同樣發揮著關鍵作用。因此，仿真不僅為水泵研究提供了有效的分析工具，更為水泵技術的創新和應用提供了有力支撐。
本文通過通用流體分析軟件PERA SIM Fluid對離心泵內流場流動進行仿真分析，展示PERA SIM Fluid實現水泵特性研究的方法。
展開 WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應力仿真
點擊藍字關注我們
WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應力仿真
01
案例介紹
如圖所示的螺桿（單）擠出機，擠出量可以設定為800kgh，螺桿轉速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力分布。
內耳（耳蝸）流場及藥物傳遞仿真 ￥3500
最近，有研究人員探索發現，穩流可以用來沿耳蝸運輸藥物。穩流是一個非線性過程，伴隨著許多波動的流體運動，包括內耳的聲波。本篇文檔基于COMSOL軟件，在建立的三維螺旋耳蝸結構基礎上，仿真計算了穩流效應將藥物從耳蝸底部向頂點運輸的過程。
感興趣的朋友可下載模型了解詳細過程，也可加我Q：172497934，進一步交流與合作
船舶工程-船舶煙氣流場仿真APP
通過船舶工程-船舶煙氣流場分析APP可以快速評估煙囪的高度是否合理。
近年來，隨著科技的不斷發展，船舶煙氣排放已經成為了一個備受關注的問題。受船舶行駛方向、風速和風向的影響，煙氣從排氣管排出后的流動情況比較復雜，在個別情況下還會發生回卷現象。如果回卷后的煙氣進入上層建筑處所，則會影響船員的日常生活和身體健康。為此，一些船東會對煙囪高度提出加高要求（增加2.5~3.0 m），目的是防止煙氣與煙灰回卷。
然而，如何評估煙囪的高度是否合理呢？這里介紹一款船舶工程-船舶煙氣流場分析APP，可以快速評估煙囪的高度是否合理。
該APP可以通過輸入船舶的基本參數，如船型、排氣管直徑、航行速度、風向、風速等，對船舶煙氣的流動情況進行模擬分析，從而評估煙囪的高度是否合理。該APP還可以提供詳細的煙氣流場圖和數值分析結果，幫助船東和船舶設計師更好地了解船舶煙氣流動情況，優化船舶設計和排放標準。
對于船東和船舶設計師而言，使用該APP可以有效地避免煙氣回卷等問題，減少對船員和上層建筑的影響，提高船舶的安全性和舒適性。同時，該APP還可以為環保部門提供數據支持，幫助監管部門更好地了解船舶排放情況，推進環保工作。
總之，船舶工程-船舶煙氣流場分析APP是一款非常實用的工具，可以幫助船東和船舶設計師評估煙囪的高度是否合理，從而提高船舶的舒適性和安全性，促進環保工作的開展。
訪問Simapps平臺，在線計算船舶工程-船舶煙氣流場仿真APP：
https://www.simapps.com/v2/engineering-app/all/33159
展開 基于Fluent電磁流場散熱特性仿真
控制合適的網格尺寸，為計算熱傳導過程，需對IGBT、整流橋、線圈盤等發熱元件設置固體計算域，因此空氣與各發熱元件的對流換熱過程可采用流固耦合模型進行計算。
圖2 電磁爐內部計算域網格
2.3 流體控制方程
仿真模型基于RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）方程。
2.4 邊界條件設置
電磁爐系統中共有四個熱源，分別為微晶面板上表面、線圈盤、IGBT和整流橋。微晶面板上表面的熱量主要來自鍋體，可為微晶面板上表面設置與鍋體相同的固定溫度，因此當模擬燒水時，可設置微晶面板上表面為100℃。通過實驗測得線圈盤、IGBT和整流橋的發熱功率分別為100W、7.4W和3.3W左右，因此可為這三個發熱元件設置相應的體熱源。樣機所用軸流風機的型號為SF12025SM，其轉速為2500rpm，PQ性能曲線如圖3所示。為節約計算成本，縮短計算時間，可采用風扇模型來模擬風機的運行。發熱元件與散熱片之間以及發熱元件與空氣之間的熱傳遞過程采用耦合壁面模型進行計算，其他可忽略熱傳遞過程的壁面，如聚風板、導風筋、外殼等，可設置為絕熱壁。風機進風口和電磁爐出風口分別設置為壓力進口和壓力出口。采用定常求解器計算傳熱及流動過程，即忽略控制方程中的時間偏導項，這樣計算出的溫度場和流場均為不隨時間變化的穩定狀態。壓力與速度的耦合采用壓力耦合方程組半隱式算法（SIMPLE）來實現。
圖3 SF12025SM型號風機性能曲線
3 計算結果及分析
3.1 模型準確性驗證
為驗證仿真模型的準確性，需在與仿真模型相同的工況下對樣機進行測溫實驗，并將實驗數據與仿真結果進行比較。
展開 流場分析：基于STAR CCM+軸流風葉仿真分析
圖6 仿真風量對比圖
06
流場分析
湍動能的大小反應了壓力的脈動程度，湍動能越大說明壓力脈動越大。
HyperWorks多物理場仿真：流固耦合
背景介紹
最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結構的影響，例如飛機機翼氣動彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題，核反應堆燃料棒的渦激振動問題等等。在數值仿真領域FSI概念擴展到一般性的CFD模型和FEA模型的數據交換問題。
FSI真實案例：大橋與風場組成了耦合系統，大風產生了一定頻率的卡門渦脫落，這個頻率與耦合系統中的結構固有頻率相近，使系統發生了共振，大橋劇烈晃動直至崩塌。
大橋劇烈晃動直至崩塌
HyperWorks的流體求解器AcuSolve流固耦合分析分為四種情況：
?分析穩態的流場壓力和溫度場對固體變形的影響，也叫 TFSI (Thermal-FSI)屬于單向耦合；
?分析流體動載荷引起的固體振動現象，也叫P-FSI (Practical FSI)，屬于單向耦合；
?瞬態流動引起固體大變形，并反饋給流場，也叫DC-FSI (Direct Coupling FSI)，屬于雙向耦合。
?固體本身的變形量很小，可以認為是剛體，但是整體產生比較大的位移，可以采用CFD耦合MBD多體動力學分析，也屬于雙向耦合。
以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數據在后臺傳遞，無需用戶編輯腳本。
TFSI模型的計算代價最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車排氣管的熱應力，發動機水套的熱應力，車燈的熱應力等等場景。
排氣歧管的TFSI分析案例
AcuSolve模型的管路入口為高溫高壓氣體，管路出口為大氣壓和環境溫度，管路外壁面是自然對流散熱邊界。AcuSolve結果傳遞給求解器OptiStruct再分析管路的熱應力和變形。
展開 