熱壓縮仿真的案例
Deform銅合金熱壓縮仿真 ￥37
[圖片]
壓縮機仿真：補氣式滾動轉子壓縮機的CFD仿真及優化研究
空調、制冷行業的快速發展，極大地推動了壓縮機技術的發展，對于我國北方等低溫地區，隨著室外溫度降低，壓縮機壓縮比增大、蒸發溫度降低等，存在低溫環境下制熱能力下降的難題，其中，中間補氣技術是熱泵低溫環境有效克服低溫環境的有效措施之一；補氣技術也由此越來越引起壓縮機制造企業的重視，對提高企業壓縮機產品的綜合競爭力具有十分重要的意義。
單缸滾動轉子壓縮機的補氣是通過在壓縮腔中增加補氣口，通過引入中壓流體形成對壓縮腔進行噴射補氣。圖1為該類壓縮機的補氣增焓結構圖，滾動轉子壓縮機的工作過程中包括了吸氣和壓縮過程，而補氣是針對壓縮過程補氣，將補氣孔設置在與壓縮腔連通的排氣孔附近，而為了防止補氣流體回流，可以設置簧 片閥等止回閥結構，當補氣流體壓力大于壓縮腔內的流體壓力時打開補氣孔進行補氣，稱為準二級壓縮形式。準二級壓縮的滾動轉子壓縮可有效解決壓縮機在低溫工況下排氣溫度過高和制熱量不足等問題，已經成為解決低溫工況下空氣源熱泵性能衰減的重要技術途徑。由于補氣口開在排氣口附近的氣缸壁上，將不可避免有一段補氣口和吸氣口串通的時間，在這段時間內，補氣口噴射出來的中壓流體回流至吸氣管，導致壓縮機的容積效率下降；為了克服上述技術問題，根據滾動轉子壓縮機中設置有往復運動的滑片結構，發展出了一種將補氣通道開設在滑片上的補氣結構，如圖1（b）所示，將補氣通道直接設置在滑片上，并將補氣通道的端部距離滑片端部一定距離設置，通過該距離的設定可以實現在吸氣階段不進行補氣而在壓縮階段才開始補氣，防止了噴射氣體的回流，更好地適應滾動轉子壓縮機的工作過程，提高了補氣效果。
展開 壓縮機仿真學習：離心壓縮機參數辨識
文章來源：壓縮機網
ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內部流程并實現參數化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質為空氣，葉輪轉速155733 rpm，沿z軸旋轉。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設置
進入
General設置面板，保持默認設置
設置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設置。
展開 
ANSYS CFX 壓縮機仿真-離心壓縮機葉輪
本文利用CFX模擬離心壓縮機葉輪的氣動性能。
注：本文采用CFX 2019R2進行演示
1 幾何模型
幾何模型來自ANSYS-CFX的教程文檔。下圖是幾何模型的示意圖。這個葉輪有24個葉片，以22360rpm的轉速繞Z軸旋轉。
△ 幾何模型示意圖
2 BladeGen定義幾何
啟動Workbench 2019 R2，將BladeGen模塊拖入工程視圖，右擊
A2：Blade Design→Properties，在屬性面板中設置如下圖所示
△ 屬性設置
加載創建好的葉輪。
螺桿壓縮機仿真：Simerics 螺桿壓縮機網格模板介紹
螺桿式壓縮機又稱螺桿壓縮機，分為單螺桿式壓縮機及雙螺桿式壓縮機。由于其結構簡單、易損件少，能在大的壓力差或壓力比的工況下工作，排氣溫度低，對制冷劑中含有大量的潤滑油不敏感，有良好的輸氣量調節性，螺桿式壓縮機廣泛地應用在冷凍、冷藏、空調和化工工藝等制冷裝置上。此外，以螺桿式壓縮機為主機的螺桿式熱泵廣泛應用在采暖空調方面，有空氣熱源型、水熱泵型、熱回收型、冰蓄冷型等。
其中，單螺桿壓縮機主要由一個圓柱形螺桿、兩個平面星輪和機殼組成的。螺桿和星輪組成嚙合副裝在機殼內，由螺桿槽、星輪、機殼組成密封容積變化的氣腔。當螺桿主軸在外部電機的驅動下運轉時，星輪也隨著螺桿運轉。兩個星輪將螺桿分成對稱獨立的封閉空間，當螺桿轉動時,星輪在螺旋槽內相對運動，改變星輪、螺旋槽、機殼組成的密封空間的大小，實現吸氣、壓縮、排氣的過程。
圖1 單螺桿壓縮機
單螺桿壓縮機雖然具有零部件少、重量輕、機械效率高、噪聲低和振動小等優勢，但由于其結構緊湊，壓縮機轉子齒頂密封齒與殼體之間的泄露間隙非常小，使得其三維CFD仿真變得十分困難。
展開 BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 壓縮機仿真學習：影響離心壓縮機特性曲線的參數，你了解過嗎?
離心壓縮機機理模型在仿真時，壓縮機的溫度、壓力、流量以及其它成分均來自現場DCS讀取的過程數據。一般在設計工況附近，壓縮機有最高效率，流動情況最完善；當流量增大時，由于摩擦損失和沖擊損失明顯增大，級效率將下降；當流量減小時，分離沖擊損失明顯減小。
此外，由于流量減小，相對的漏氣損失和輪阻損失也增大，所以也使級效率降低。壓縮機性能不僅反映了級壓比、效率等與流量的關系外，也反映了級的穩定工況范圍的大小。
文章來源：蚌埠榮強壓縮機
揚聲器熱功率壓縮
01 熱功率壓縮
理想的揚聲器，靈敏度會隨輸入的功率線性增加。但功率越大，音圈溫度升高， 直流電阻上升 , 造成揚聲器的靈敏度下降。這就是揚聲器的功率壓縮現象。
輸入揚聲器的電功率的絕大部分轉化為熱功率。包括音圈熱功率和鐵芯中渦流的熱功率。小部分成為有效的聲輻射功率 。剩余的消耗于空氣阻尼，機械阻尼等。
非線性功率壓縮下次討論。
02 估算
電阻與溫度換算公式 Rt=R20*(1+α(t-20))
R20為20℃時的導體電阻，Rt為在溫度為t時測得的電阻值，α為導體的電阻溫度系數，銅取0.00393，鋁取0.00403。t為測量時的溫度。
按直阻隨溫度變化，估計揚聲器靈敏度功率壓縮。
可以看出來基本上接近線性變化。
03 仿真
揚聲器的阻抗是頻率的函數。音圈的溫升造成的揚聲器靈敏度功率壓縮 , 在整個頻率范圍內也是變化的。
可以使用有限元仿真對比不同溫度情況下的頻響曲線。
嘗試兩個簡單的模型。
展開 淺析離心壓縮機設計與流固耦合仿真
即如何利用Simerics-MP+進行壓縮機的熱流場仿真，并結合有限元分析工具進行壓縮機的流固耦合仿真分析，通過離心壓縮機內部流場與葉輪流固耦合強度分析，從熱氣動分析角度研究葉片失效（斷裂等）因素對于葉輪結構設計的參考和優化指導。
壓縮機設計與流固耦合仿真技術路線
本技術方案引入專業的壓縮機參數化設計工具CFturbo，壓縮機熱流場仿真分析工具Simerics-MP+（原PumpLinx），以及有限元分析工具來進行壓縮機的設計仿真優化和結構校核模擬。其中CFturbo與Simerics-MP+之間具備設計仿真的無縫集成接口，即CFturbo設計的方案模型可在CFturbo中直接轉換為Simerics-MP+可用的模型，并自動啟動Simerics-MP+進行熱流體計算，而無需其他的前處理和求解設置工作。
CFturbo與Simerics-MP+無縫集成特征
Simerics-MP+的前身即專業的運動機械仿真工具PumpLinx，對于壓縮機及其他運動機械的熱流場仿真分析而言，由于其內置的壓縮機分析模板、快速高效的前處理和求解功能，使得壓縮機的熱力學模擬過程十分高效，其MPI高并行功能則更加速了這一進程。而對于一些非理想工況，也可以通過其內置的Nist真實物性數據提取的小程序，實現壓縮機真實氣體熱流場的模擬，更提高了模擬的精確性。
展開 18cc渦旋壓縮機動渦旋盤的熱應力分析
圖13 耦合載荷下動渦旋齒應力變形圖
3 實驗測試及驗證
為了驗證仿真結果的正確性，將18cc型號壓縮機樣機進行耐久性測試，搭建測試平臺，如圖14所示。根據本型號規定實驗工況進行測試，在吸氣壓力（0.36±0.02）MPA、排氣壓力（1.5±0.2）MPa、轉速（3 000±100）r/min的工況下進行試驗運轉。
圖14 18cc壓縮機性能測試平臺
圖15所示的動盤損耗位置與仿真結果相吻合，均位于渦旋齒頭部位。
圖15 動渦盤損耗位置
4 結論
（1）溫度載荷對動渦旋盤渦旋齒的變形及應力影響較大，其規律是沿齒中心向渦盤兩邊遞減，且對渦旋齒軸向變形影響較大。
（2）由于中心排氣腔壓力最大，在渦旋齒根部與底盤相連接的部分其應力就越明顯。應力數據可作為結構優化設計的數據參考，可結合材料與齒厚、齒高作為優化部分。
（3）動渦盤在單獨溫度場及熱力耦合場作用下，其最大變形部位均位于渦旋齒頭頂部，最大應力則出現在渦旋齒頭根部，故運行過程中動渦旋齒頭部為最危險位置，此處應力值大小直接影響渦盤強度及壽命。
（4）實驗驗證仿真的正確性，為此型號渦旋壓縮機的進一步設計優化提供了理論參考。
作者：張加揚，孫敬偉，劉彬豪，鄧志華
汕頭大學 工學院
文章來源：汽車熱管理之家
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基于MoldFlow的直壓式熱固性成型分析（反應壓縮成型）
從MoldFlow2015開始，MoldFlow就提供了反應壓縮成型的分析類型，這種分析類型相對于熱塑性成型，應用的領域較小，筆者所在的公司，一直從事熱固性產品的生產，成型的方式也不是使用注塑機，而是通過模具直接擠壓原材料(打成餅)，將材料擠壓進型腔，材料在此過程經歷熱和壓力后，先液化再固化，這種成型方式在MoldFlow早期的版本中不支持，從2015版本開始才支持，筆者也在通過MoldFlow軟件，了解產品的成型過程，為工程師提供一個直觀的成型過程！
基本參數如下：
o 材質：X7010
o 充填+保壓時間：25S
o 其他工藝設置:保壓力100Ton
分析模型如上：綠色部分為熱固性材料制成的餅，紫色部分為成型后的形狀！
由于大多數對反應壓縮成型的設置過程不是很熟悉，這里簡單的說明一下具體的設置過程：
1:新建一個工程算例，選擇分析類型為反應壓縮成型
2：劃分網格，并在邊界設置中指定綠色區域為初始充注單元：
3：指定紫色區域為壓縮單元區域：
設置完畢后，指定材料，并設置相關工藝參數，提交分析，其他的步驟和注塑分析一致，就不一一詳述了；
分析結果如下：
成型動畫如下：
流動前沿溫度
纖維取向
氣穴預測
從整個填充過程動畫看，此種填充方式與傳遞模具相比，各個穴位在填充階段分批次填充，周邊區域穴位有部分為熔接線，各個穴位的困氣情況不一；此次分析強制保壓壓力為100Ton，從分析看，填充過程需要的力較小；從纖維取向看，各個穴位的纖維配向不一；
展開 晶體塑性耦合元胞自動機模擬熱壓縮過程中的再結晶行為
參考文獻：《A straightforward 3D polycrystal plasticity finite element method for dynamic/static recrystallization simulation》
文章doi：10.1016/j.jmst.2024.09.005
在這個文章中，作者提出了一種直接在 CPFEM 中實現 DRX/SRX 的方法，以位錯密度為核心變量，利用 UMAT 進行應力積分、在 UEXTERNALDB 中執行形核與晶界遷移，在 FE 網格上同步更新取向、位錯密度、等狀態變量，同一仿真中先熱壓縮（出現 DDRX 多循環與流動應力峰值震蕩），隨后“原地”退火，追蹤 SRX 繼續演化，避免傳統方法里變形場到顯微組織模型的跨尺度映射難題。
需要注意的是，作者模擬的兩類再結晶（動態和靜態）使用的機制是相同的，只是材料參數不同。
本構理論分成晶體塑性和再結晶兩部分，其中晶體塑性部分公式如下：
流動方程（經典的唯象流動）：
硬化方程使用的taylor位錯模型
位錯密度的演化使用經典的KM方程：
再結晶部分公式包含形核和晶界遷移兩部分，其中形核的理論公式是
晶界遷移速度為：
整體數值實現框架示意圖如下：
作者以OFHC銅為研究對象，對775K和875K的熱壓縮進行了研究，分析了溫度對再結晶的影響，以及定向形核和生長選擇兩類機制的差異，同時模擬了順序耦合的 DRX→SRX（退火）過程及異常晶粒長大（AGG），模擬效果如下：
根據作者提供的思路（相對簡單清晰），可以編寫對應的子程序，完整晶體塑性和元胞自動機的完全耦合，同樣使用隱式umat實現。
展開 基于MoldFlow的直壓式熱固性成型分析（反應壓縮成型）
從MoldFlow2015開始，MoldFlow就提供了反應壓縮成型的分析類型，這種分析類型相對于熱塑性成型，應用的領域較小，筆者所在的公司，一直從事熱固性產品的生產，成型的方式也不是使用注塑機，而是通過模具直接擠壓原材料(打成餅)，將材料擠壓進型腔，材料在此過程經歷熱和壓力后，先液化再固化，這種成型方式在MoldFlow早期的版本中不支持，從2015版本開始才支持，筆者也在通過MoldFlow軟件，了解產品的成型過程，為工程師提供一個直觀的成型過程！
基本參數如下：
o 材質：X7010
o 充填+保壓時間：25S
o 其他工藝設置:保壓力100Ton
分析模型如上：綠色部分為熱固性材料制成的餅，紫色部分為成型后的形狀！
由于大多數對反應壓縮成型的設置過程不是很熟悉，這里簡單的說明一下具體的設置過程：
1:新建一個工程算例，選擇分析類型為反應壓縮成型
2：劃分網格，并在邊界設置中指定綠色區域為初始充注單元：
3：指定紫色區域為壓縮單元區域：
設置完畢后，指定材料，并設置相關工藝參數，提交分析，其他的步驟和注塑分析一致，就不一一詳述了；
分析結果如下：
成型動畫如下：
流動前沿溫度
纖維取向
氣穴預測
從整個填充過程動畫看，此種填充方式與傳遞模具相比，各個穴位在填充階段分批次填充，周邊區域穴位有部分為熔接線，各個穴位的困氣情況不一；此次分析強制保壓壓力為100Ton，從分析看，填充過程需要的力較小；從纖維取向看，各個穴位的纖維配向不一；
展開 熱設計，熱測試，熱仿真聽說讀寫
瞬態熱測試法能夠測量電子部件一次元散熱路徑的結殼熱阻，以及進行散熱路徑上的結構函數分析。
瞬態測試法可以通過測試獲得節溫，通過結構函數可以定性，以及定量的得到各個部位的熱阻值，可以評價不同的材料（ 例如Die Attach ）以及其接觸熱阻對芯片總體熱阻的影響。結構函數還能夠應用于材料熱導率的測試，如ASTM D5470（穩態法）和 ASTM E1461（瞬態法）以及ASTM D5470 測熱導率。
另外通過測試技術能夠得到準確的仿真參數（電子元器件熱阻、材料熱阻、各部分材料熱相關物性參數、封裝實際發熱面積、接觸熱阻），提供對原始模型仿真的數據支撐與對標，使仿真分析能夠最高效準確得在設計研發端發揮作用。
熱仿真技術
熱仿真技術是借助CFD技術分析虛擬物理樣機在工作環境中涉及到的電熱、傳導、對流、輻射、相變等傳熱現象進行仿真計算，對產品的散熱特性進行預測。熱仿真技術可應用于產品的不同階段：
(1) 設計、研發工作中能夠進行設計思路的快速驗證及優化。
(2) 在詳細設計階段樣品成型之前進行虛擬測試解決大多數問題，通過最大程度減少樣品測試時的試錯進行增效，幫助后期產品的優化，實現降本增效。
(3) 對產品運維階段暴露出來的問題可以進行失效原因探究與再現，從而改進設計，提升可靠性。
再結合先進的熱測試技術，獲得仿真分析所需的數據（產品結構的熱阻、發熱面積分布，功率以及材料系數測試等），可以為仿真提供更加精確的分析參數，精準地預測設備的散熱特性。
熱設計、熱仿真、熱測試工作貫穿產品的整個設計與研發周期，為研發設計構建更強的技術能力。
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