流體壓力滲透仿真的案例
設計仿真 | Marc流體壓力密封滲透功能
本文介紹了一種新的流體壓力滲透分析方法。該功能捕捉了流體被壓入橡膠密封圈和殼體間滲透效果，從而無需直接對流體進行建模。
該Marc仿真功能基于接觸壓力，并考慮了接觸面滲入流體的影響。流體壓力可以逐漸滲透到接觸表面下方，以模擬流體在壓力增加時的效果。
以下示例用于說明該過程。
如圖2所示的D形密封圈首先在安裝階段被壓縮，然后施加流體壓力。壓力載荷施加在密封圈的整個邊界上，該邊界表示最終可以施加壓力的區域。在此過程中，壓力在滲透之前不會激活。這意味著它暴露在流體中。定義了一個初始滲透點，以指定流體壓力最初活躍的位置。從起點開始，通過沿邊界注壓直到接觸區域或負載末端來找到濕區。當負載在負載箱中激活時，就會發生這種壓力顯示。然后，隨著負載的增加，當接觸應力低于用戶定義的閾值時，滲透區將在接觸區下方生長。
這里有兩個效果。首先，隨著壓力載荷的增加，密封圈會膨脹并增加接觸壓力。其次，壓力載荷在接觸下滲入，降低了接觸壓力。如果第二種效應更大，密封圈就會泄漏。此過程可以用Marc2024.2版本進行實現。
壓力滲透的仿真探測過程：
a) 施加預載荷，壓縮橡膠密封圈；
b) 在初始浸濕表面上施加載荷，暴露于油壓時壓力激活；
c) 在部分滲透區域壓力下降；
d) 增加壓力；
e) 如果接觸壓力小于閾值；
f) 擴大滲透面 繼續迭代，直到滲透表面壓力達到最大面積，無法再繼續滲透。
圖3比較了兩種情況，其中唯一區別密封圈和端蓋接觸面寬度差異性，及密封壓縮量差異。接觸面寬度越大，密封圈端面和端蓋之間的間隙越小，密封效果越好。在第一幅圖中，密封圈中的壓力足夠高，可以防止泄漏，但在第二幅圖中間隙太大。
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本文介紹了一種新的流體壓力滲透分析方法。該功能捕捉了流體被壓入橡膠密封圈和殼體間滲透效果，從而無需直接對流體進行建模。
該Marc仿真功能基于接觸壓力，并考慮了接觸面滲入流體的影響。流體壓力可以逐漸滲透到接觸表面下方，以模擬流體在壓力增加時的效果。
以下示例用于說明該過程。如圖2所示的D形密封圈首先在安裝階段被壓縮，然后施加流體壓力。壓力載荷施加在密封圈的整個邊界上，該邊界表示最終可以施加壓力的區域。在此過程中，壓力在滲透之前不會激活。這意味著它暴露在流體中。定義了一個初始滲透點，以指定流體壓力最初活躍的位置。從起點開始，通過沿邊界注壓直到接觸區域或負載末端來找到濕區。當負載在負載箱中激活時，就會發生這種壓力顯示。然后，隨著負載的增加，當接觸應力低于用戶定義的閾值時，滲透區將在接觸區下方生長。這里有兩個效果。首先，隨著壓力載荷的增加，密封圈會膨脹并增加接觸壓力。其次，壓力載荷在接觸下滲入，降低了接觸壓力。如果第二種效應更大，密封圈就會泄漏。此過程可以用Marc2024.2版本進行實現。
壓力滲透的仿真探測過程：
a) 施加預載荷，壓縮橡膠密封圈；
b) 在初始浸濕表面上施加載荷，暴露于油壓時壓力激活；
c) 在部分滲透區域壓力下降；
d) 增加壓力；
e) 如果接觸壓力小于閾值；
f) 擴大滲透面 繼續迭代，直到滲透表面壓力達到最大面積，無法再繼續滲透。
圖3比較了兩種情況，其中唯一區別密封圈和端蓋接觸面寬度差異性，及密封壓縮量差異。接觸面寬度越大，密封圈端面和端蓋之間的間隙越小，密封效果越好。在第一幅圖中，密封圈中的壓力足夠高，可以防止泄漏，但在第二幅圖中間隙太大。在流體壓力增加過程中，接觸壓力降至閾值以下，密封圈開始泄漏（流體壓力在密封圈的兩側）。
展開 APDL Showcase3: 流體壓力滲透分析
和上一個模型有些類似，也是使用了流體壓力滲透載荷。
01
—
問題描述
這是一個軸對稱模型。
經過3維擴展形狀如圖所示。
將軸對稱模型擴展到三維的菜單操作在這里。
其中，只有彈性O型圈和塑料封蓋是變形體。其余線條均為剛體。注意，在Workbench中軸對稱模型暫時是無法設置剛體的。
其中，O型圈是橡膠材料，使用不可壓縮的一階Ogden超彈性模型；塑料封蓋使用彈塑性材料，使用各向同性硬化應力-應變曲線。
02
—
載荷定義
該分析一共分兩個載荷步。
第一步，將左右兩側的剛性外殼向中間擠壓，將O型圈和塑料封蓋壓緊；
第二步，模擬流體從底部流入，施加流體壓力滲透載荷，分析密封系統的變形。
這一步分析中，還調整了自動時間步長等信息。
第二步，施加流體壓力滲透載荷，并定義流體壓力的起點。
03
—
仿真結果
第一載荷步，把密封圈壓在一起，von-Mises應力：
第二載荷步，流體開始流入，把密封圈擠到上面。
展開 使用Workbench完成流體壓力滲透分析
指定“外部接觸”流體壓力滲透開始位置
ALLSEL
nsel,s,node,,169 ! 選擇編號為169的結點
esln,s,0 ! 選擇與節點連接的單元
esel,r,real,,6 ! 選擇接觸單元
sfe,all,2,pres,,1 ! 指定“外部接觸”流體壓力滲透開始位置
ALLSEL
nsel,s,node,,9184 ! 選擇編號為9184的結點
esln,s,0 ! 選擇與節點連接的單元
esel,r,real,,6 ! 選擇接觸單元
sfe,all,2,pres,,1 ! 指定“外部接觸”流體壓力滲透開始位置
ALLSEL
第一段選中接觸單元，施加流體壓力滲透載荷；第二段刪除重復載荷，并刪除所有的默認起始點。（看圖可以發現，內部接觸和外部接觸的接觸單元定義有重復）
第3段開始直到最后，都是在定義流體壓力的起始點。
這個起始點的含義再解釋一下
。流體壓力滲透載荷主要施加在接觸單元上，目的就是研究在流體的壓力作用下，原先處于關閉狀態的接觸對是否會變為打開狀態。因此如果壓力錯誤的從原先就處于關閉狀態的位置起始，計算結果就會出錯。
另外，APDL案例中，定義開始位置的方法是直接指定接觸單元的編號。在Workbench中，不太容易確定某個位置對應的接觸單元的編號，但確定一個節點的編號是很容易的事情。所以我們在這里首先選擇節點，然后選擇與它連接的接觸單元。用這種方式定義起始點。
另外，施加流體壓力滲透載荷的分析過程中，一個不小心就會出現計算不收斂的情況。
展開 
基于流體壓力的O型圈密封仿真 ￥5
探索超彈性材料的特性
? 增強對大非線性變形的理解
? 了解軸對稱建模的工作原理
? 了解流體滲透壓力的應用
基于流體壓力的橡膠圈密封有限元仿真分析方法--ANSYS Workbench有限元分析方法--橡膠密封方法
在工業生產中，密封件的作用舉足輕重，尤其是在需要承受流體壓力的場合。今天，我們就來一起探討一下如何利用ANSYS Workbench這一強大的有限元分析軟件，對典型的橡膠圈密封進行精確計算和分析。
一、模型介紹
我們構建的模型是一個圓柱形的軸對稱結構，通過取其截面進行模擬分析。這個模型由三部分組成：左側是固體部分，中間是橡膠圈，右側是剛性體。這種設計在很多工業設備中都能看到，其密封性能直接關系到設備的正常運行。
二、壓縮與加載
在模擬的初始階段，右側的剛性體會上移到指定位置，對橡膠圈進行壓縮。這一步是為了模擬實際安裝過程中橡膠圈的變形情況，確保其能夠適應密封槽的形狀。
結果如圖所示
接下來，我們在橡膠圈的凹槽部分加載流體壓力。這些壓力會擠壓橡膠與固體、剛性體之間的接觸面，試圖在縫隙位置撐開接觸面。此時，我們關注的是接觸面的壓力分布情況，以此來判斷橡膠圈是否能夠提供完好的密封。
流體壓力加載采用命令的方式如下所示
三、材料設置與接觸條件
橡膠材料的選擇至關重要，它直接影響到密封件的密封性能和耐用性。在模擬中，我們根據實際情況選擇了合適的橡膠材料，并設定了相應的物理參數。
與此同時，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設定為摩擦接觸，摩擦系數設為0.1。為了更準確地模擬實際情況，我們還設置了每步更新剛度的選項，以確保模擬結果的準確性。
四、提高收斂性
在進行有限元分析時，有時會遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設置、網格劃分或求解器參數等原因導致的。
展開 堿性電解液下可滲透陽極空氣自呼吸微流體燃料電池數值模擬 ￥1000
<p>本案例基于COMSOL軟件，建立了可滲透陽極空氣梓呼吸微流體燃料電池，電池由五層結構組成，從上至下分別是：CDL-多孔擴散層、CCL-催化層、MC-電解液燃料混合液主流道、ACL-可滲透陽極和AC-陽極燃料通道，幾何模型如圖1所示。該模型燃料為醋酸鈉（HCOONa）,氧化劑為空氣，電解液為KOH，燃料和電解液濃度均為 5 mL/h。仿真結果如圖2所示。
Sci.》理化所聞利平/江雷院士：提高水凝膠納米流體的離子運輸，以實現滲透能轉換
受生物體基于水凝膠的系統的啟發，
中國科學院理化技術研究所
聞利平教授
/
江雷院士
研究團隊
將水凝膠引入納米流體中，以制備水凝膠雜化膜。
引入帶空間電荷的水凝膠明顯改善了離子選擇性。
另外，基于水凝膠雜化膜的發電裝置顯示出優異的能量轉換性能。
在500倍的鹽度梯度下，可實現高達11.72 W/m
2
的最大功率密度
。此外，該膜顯示出優異的機械性能。這些值是可以實現的，這表明
該
膜在滲透能轉換中的巨大潛力。
相關論文以題為
Improved Ion Transport in Hydrogel-Based Nanofluidics for Osmotic Energy Conversion
發表在《
ACS
Central Science
》上。
【主圖導讀】
圖
1.基于水凝膠混合膜的滲透壓發電器的示意圖。
（a）得益于空間電荷的水凝膠雜化膜的優異陽離子選擇性的示意圖。如圖所示的滲透發電機可以將鹽度梯度轉換為電能。（b）水凝膠雜化膜的制造過程。（i）將前體溶液倒在PC膜上。（ii）前體溶液充滿了通道的空間。（iii）多余的
溶液被移除
。（iv）通過UV輻射制備水凝膠。（c）水凝膠雜化膜的優異機械性能
。
圖
2.水凝膠雜化膜的離子傳輸特性。
（a）15％AAc / m膜的離子電導率與濃度的關系，顯示出受電荷控制的離子傳輸。（b）羅丹明6G（Rh（+），方形符號）和磺基羅丹明（Rh（-），圓形符號）的滲透率曲線，表明15％AAc/m膜具有出色的陽離子選擇性。（c）兩種模型的陰離子濃度曲線的模擬結果表明，帶空間電荷的通道離子選擇性提高。
展開 Mater.綜述：納米流體通道實現高效滲透能捕獲
海水和河水之間的滲透壓差是一種很有前景的可再生能源，當前的滲透能轉換過程功率輸出十分有限，主要是沒有專門用于滲透能轉換的高性能的離子選擇性透過膜。具有可控離子傳輸行為的納米流體通道能夠實現高性能的反向電滲析，促進對可再生滲透能的高效捕獲。
納米流體通道用于滲透能轉換
近日，中科院理化所仿生智能界面科學中心江雷院士、聞利平研究員團隊系統地總結了基于納流體的滲透能量轉換技術：詳細講述了該領域的發展歷史，比較了納米流體通道膜相對于商業離子交換膜在結構和功能上的優點；介紹了兩種典型的滲透能量轉換裝置，并從熱力學分析了其能量轉換過程以及電解質種類的影響；從有無表面可離子化基團的角度，講述了材料在水中的若干種典型帶電機制，并進一步介紹了可以實現高性能滲透能量轉換的若干先進膜結構，即離子二極管膜、具有三維界面膜、插層膜、多層膜、離子電纜膜以及界面生長膜；闡述了可以有效降低膜阻抗，促進滲透能量轉換的幾種典型策略；介紹了與納米流體膜相關的其他能量轉換體系，即光電轉換、液壓電轉換、熱電轉換和熱滲透能量轉換；反向電滲析膜堆由多層的陽離子/陰離子選擇性膜以及濃縮/稀釋的電解質溶液構成。研究人員進一步介紹了傳統離子交換膜反向電滲析膜堆與其他技術的耦合聯用，如脫鹽、電化學水裂解、光電化學水裂解、微生物電解池和微生物燃料電池等，可能會為這些技術帶來革命；最后，從基礎和應用的角度分別對該領域進行了展望。
相關綜述論文以Nanofluidics for osmotic energy conversion為題發表于Nature Reviews Materials上。
展開 流體工程師的法寶 — 壓力系數Cp
瓦西里.康定斯基 城堡與教堂
我這半輩子都交給了流體力學，回頭想想，其他知識好像慢慢淡忘了，只有壓力系數Cp，成為我解決一切流體問題的法寶。
壓力系數Cp把流體統一了
如果沒有壓力系數Cp，我們使用具體的壓力。
我做完實驗告訴你測量的壓力是101000[Pa]，我還要附帶告訴你，這是在一個大氣壓的空氣中，飛行速度100[m/s]做的實驗。
你回去使用的時候，會打電話問：“速度快了一些是110[m/s]，壓力是多少？”，過一會你又會問：“在高空飛行，壓力是多少？”
這就是用具體壓力的麻煩。只要你飛得快一點、慢一點、高一點、低一點，具體壓力都會不同。這就意味著，你出發前要準備很多很多數據，才能夠覆蓋所有情況。
有了壓力系數Cp情況就不同了。
看看這個公式，壓力系數Cp是個無量綱參數。它減去了環境壓力，除去了密度，除去了速度。這是個與環境壓力無關、與密度無關、與速度無關的參數。
有了壓力系數Cp，你不用問我任何問題，回去用飛行速度、飛行環境參數自己算具體是多大壓力。哪怕你飛到水里、飛到高空，都可以用Cp換算出當時的壓力。
有了Cp的概念，我做實驗也方便了。我還可以在水里做個實驗，讓你拿去到天上用。因為水的密度很大，只要很小的速度就可以產生很大的壓力，方便測量。過去很多飛機機翼就是在水里做的實驗，現在高校里做流體研究也喜歡在水里做實驗。
反過來，我在空氣中做流體實驗，給你Cp，你也可以拿去到千米海底計算出具體的壓力。
壓力系數Cp是無量綱參數。這是不受具體場景限制，抽象的普遍適用的參數。
如果，一個流體工程師，告訴你Cp是多少的，這才是專業的流體工程師。如果他告訴你具體壓力是多大，你需要查一查他是否專業學流體力學的。
展開 基于砂箱和循環井修復劑在低滲透區域遷移仿真模擬 ￥800
地下環境通常為非均質地層，在高滲透區形成優先流動路徑此外，由于注入溶液與地下水之間的密度差異，試劑在含水層中遷移過程中可能會漂浮或下沉，這種密度效應導致氧化劑遷移過程形成繞流現象，在修復劑輸送和含水層修復中較為常見。為了解決異質性及密度效應引起的優先流問題，常用解決方式是以注入水溶性和剪切稀釋聚合物的方式增強具有不同滲透性的多孔介質之間的交叉流動。但是，額外添加的聚合物不僅改變氧化劑的遷移路徑，還改變了污染物的遷移路徑，使得氧化劑的作用效率受到了限制。對于地層中投加額外的試劑不僅提高了建造費用還會影響地層生物地球化學性質。
本模型建立了砂箱和循環井的二維簡化模型，如圖1所示。
圖 1 砂箱和循環井幾何模型
仿真模擬了低滲透性的砂箱內的滲流場以及修復劑濃度場的遷移分布，仿真結果如圖2所示：
展開 
LS-DYNA軟件使用S-ALE方法，如何查看流體區域的壓力曲線？
在后處理時，如果想要查看ale單元的壓力曲線，在selpart時，先不要取消掉S-ALEmesh，不要只留下fluid（ale）part，如下圖
這樣的話，你在history下選擇element時，雖然顯示的你可以選中單元，但是，你plot出來的都是0，不是真正的壓力曲線。
正確的做法是，將part S-ALE mesh顯示出來，然后再選擇你想查看的 單元 的 壓力曲線，就ok了
利用FLUENT來求某散熱器流體的速率和壓力分布
作者在數值模擬的基礎是利CFD（Com－putationalFluid Dynamics計算流體動力學）技術對某軌道交通用發動機液壓油散熱器進行研究，力求液壓油散熱器流場分布更加合理，使散熱器具有更好的散熱效果。
數學模型由分析可知，散熱器內的流體是粘性牛頓型流體，且根據雷諾數可知為層流模型。在互不侵入的兩種流體分界面上，若不計入表面張力。則界面兩側任一點流體的速度和溫度應相等。即：V3流場分析利用ANSYS程序進行流場分析的主要步驟：（1）建立模型，確定問題區域；（2）確定流體的初始條件；（3）生成網格；（4）確定邊界條件；（5）設置分析參數；（6）求解。此處利用FLUENT來求某散熱器流體的速率和壓力分布，選擇單一流體進行流場分析。建立模型采用ANASYS公司的ICEMCFD軟件建立散熱器二維模型。并對入口、出口、壁面、流體分布區域進行初步定義。劃分網格采用四邊形網格對其進行網格劃分，在壁面邊界參數較大處對網格進行適當加密。模型設置由于本模型為小雷諾數模型，故選擇層流模式。定義邊界條件在散熱器入口處定義流體的密度及初始速度，設置壁面為無滑移壁面，設置散熱器出口為自由出口（outflow），定義流場區域。初始化與計算定義松弛因子及其他參數，初始化流場，定義收斂條件，并建立流動的流場，進行計算。
展開 流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
盆地結構控制下的地層壓力-流體-儲集性協同演化及控藏作用——以東營凹陷古近系為例
摘要:油氣成藏是地層壓力、流體、儲集性及其協同演化作用的結果。東營凹陷成藏動力學過程及油氣藏原始狀態相對完整,基于古近系地層壓力場、流體場、儲集物性現今特征及其演化過程研究,建立了東營凹陷地層壓力-流體-儲集性協同演化模式,明確了其控藏作用。在構造活動、沉積作用的控制下,東營凹陷地層壓力經歷了“升高—降低—升高”的演化過程,成巖流體性質表現為“酸、堿交替”,沉積組構和成巖流體作用控制形成了不同成因類型的有效儲層。在斷陷盆地結構控制下,東營凹陷陡坡帶發育“常壓/弱超壓—堿/酸—中/低孔(少量高孔)”協同演化模式,洼陷帶發育“超壓—酸性—中/低孔”協同演化模式,緩坡帶發育“常壓—弱堿/弱酸—中/高孔”協同演化模式。地層壓力、流體和儲集性的協同演化模式與斷陷盆地結構、油氣藏類型及屬性的有序分布具有良好的成因對應性,控制了不同類型油氣藏的差異富集。陡坡帶深層高充滿度的巖性氣藏、凝析油氣藏和洼陷帶向陡坡帶過渡部位的中—高充滿度油藏是有利的預探方向,緩坡帶油氣運移路徑上的巖性-構造油藏及地層油藏是有利的評價增儲方向。地層壓力、流體和儲集性協同演化及其匹配成藏模式可作為斷陷盆地油氣成藏基本原理的有效補充,是研究油氣藏分布有序性差異富集的基礎和關鍵,對于深化陸相斷陷盆地油氣成藏機理、開展油藏分布規律研究和指導勘探實踐具有重要意義。
關鍵詞: 古近系;地層壓力;流體;儲集性;協同演化;差異成藏;東營凹陷
探索油氣成藏機理、發現更多油氣一直是石油地質學家的追求[1-4]。
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