整車流場(chǎng)分析的案例
旋轉(zhuǎn)機(jī)械 流場(chǎng)分析｜基于STARCCM+的多翼離心風(fēng)機(jī)流場(chǎng)分析
04
流場(chǎng)分析
下面對(duì)設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析。截取葉輪中間位置的 XY 截面與XZ 截面，網(wǎng)格如圖8所示。在XZ截面上建立速度矢量Vxz的流線分布，如圖10所示。從圖中可見(jiàn)流量大部分靠近蝸殼出口側(cè)流動(dòng)，并且在蝸殼中形成了非常明顯的上下兩個(gè)二次渦流，這是蝸殼中主要損失之一。其主要的成因是軸向上流動(dòng)分布不均，造成上下壓力不平衡而形成的二次流動(dòng)。在XZ截面上建立徑向速度的矢量分布圖，如圖11所示。徑向速度間接代表了葉輪進(jìn)出口的流量分布。從圖中可以更加明顯的看到流量在軸向上分布非常不均勻，其主要原因是空氣從外界進(jìn)入葉輪前由于多翼離心風(fēng)機(jī)軸面流道的特點(diǎn)，無(wú)法使軸向進(jìn)氣能很好的均勻的導(dǎo)出徑向出氣，所以無(wú)法避免的造成了軸向速度分布不均勻。從優(yōu)化的角度需要對(duì)軸面流道和進(jìn)氣裝置的導(dǎo)流特性進(jìn)行優(yōu)化。
圖8 XZ、XY截面示意圖
圖9 XY截面葉輪示意圖
在XY截面上，建立面上葉輪內(nèi)部Vxy矢量的相對(duì)速度流線分布圖，如圖12所示。圖中可見(jiàn)葉輪間都或多或少的存在葉間渦，其中約有 2/5 的流道中渦占據(jù)一半位置以上，在流量集中區(qū)域渦相對(duì)較小，但仍然存在。因此葉間渦的作用對(duì)多翼離心風(fēng)機(jī)中的影響不可忽視。
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前言
第1章 FLOTRAN流體分析概述
1.1 FLOTRANCFD分析的概念
1.2 FLOTRAN分析類型
1.2.1 層流分析
1.2.2 湍流分析
1.2.3 熱分析
1.2.4 可壓縮流動(dòng)分析
1.2.5 非牛頓流動(dòng)分析
1.2.6 多組份傳輸分析
1.2.7 自由表面分析
第2章 FLOTRAN分析的基本原理
2.1 FLOTRAN單元的特點(diǎn)
2.1.1 FLUIDl41單元
2.1.2 FLUIDl42單元
2.2 FLOTRAN單元的局限性
2.3 FLOTRAN分析步驟
2.3.1 確定問(wèn)題的區(qū)域
2.3.2 確定流體的狀態(tài)
2.3.3 生成有限元網(wǎng)格
2.3.4 施加邊界條件
2.3.5 設(shè)置FLOTRAN分析參數(shù)
2.3.6 求解
2.3.7 檢查結(jié)果
2.4 FLOTRAN單元相關(guān)文件
2.4.1 結(jié)果文件
2.4.2 打印文件
2.4.3 殘差文件
2.4.4 重啟動(dòng)文件
2.4.5 FLOTRAN重啟動(dòng)分析（續(xù)算）
2.5 提高收斂性和穩(wěn)定性的常用的工具
2.5.1 松弛系數(shù)
2.5.2 慣性松弛
2.5.3 修正的慣性松弛
2.5.4 人工粘性
2.5.5 速度限制
2.5.6 面積積分階次
2.6 評(píng)價(jià)FLOTRAN分析
2.7 驗(yàn)證結(jié)果
第3章 FLOTRAN流體的基本屬性
3.1
展開(kāi) 酒店套房室內(nèi)空調(diào)流場(chǎng)溫度場(chǎng)分析
針對(duì)之前的一個(gè)咨詢課題，總結(jié)了一下，簡(jiǎn)單介紹了室內(nèi)空調(diào)流場(chǎng)分析和熱場(chǎng)分析的基本方法，根據(jù)CAD圖紙來(lái)建立室內(nèi)的三維圖，其中考慮了室內(nèi)墻的厚度，和室外玻璃，不同墻等材料，室內(nèi)燈泡，電器，床，等家具家電折算為體熱源平攤到室內(nèi)中，考慮太陽(yáng)光的輻射作用，主要從玻璃墻處進(jìn)入室內(nèi)，設(shè)置為面熱源進(jìn)入計(jì)算域，模型的CAD圖紙如下所示：
根據(jù)該CAD建立幾何3維幾何模型如下所示：
其中天花板進(jìn)行了隱藏處理，建立中央空調(diào)入風(fēng)口和出風(fēng)口，玻璃窗戶，外墻，內(nèi)墻等，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如下所示：
室內(nèi)房間主要有空氣對(duì)流傳熱，墻的導(dǎo)熱，和玻璃窗戶的輻射，通過(guò)數(shù)值分析，設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)和觀測(cè)平面內(nèi)空氣的流場(chǎng)分布來(lái)優(yōu)化空調(diào)入風(fēng)口和出風(fēng)口的位置，為中央空調(diào)的布置提供部分依據(jù)，外墻，內(nèi)墻，玻璃等材料的物性參數(shù)由測(cè)量所得，通過(guò)計(jì)算可以得到以下結(jié)果。
?
展開(kāi) 基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場(chǎng)計(jì)算
?
一、概述
隨著計(jì)算科學(xué)以及數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，流固耦合或交互作用 （fluid structure coupling 或 fluid structure interaction）研究從 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，受到了世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛 關(guān)注。流固耦合問(wèn)題是流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學(xué) （Computational Solid Mechanics，CSM）交叉而生成的一門力學(xué)分支，同時(shí)也是多學(xué)科或多物理場(chǎng)研究的一個(gè)重要分支，它是研究可變形固體在流場(chǎng)作用下的各種行為以及固體變形對(duì)流場(chǎng)影響這二者相互作用的一門科學(xué)。了解流固耦合對(duì)于許多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。如果不考慮流體與固體之間的相互影響，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能被過(guò)高或過(guò)低估計(jì)。
流固耦合一般分為單向耦合與雙向耦合。如果結(jié)構(gòu)變形非常小，并且可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)的變形幾乎不會(huì)對(duì)流場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)產(chǎn)生影響，或產(chǎn)品本身不允許在流體的作用下發(fā)生較大的變形，這種情況下只需要先求解出流體與固體界面上的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，并將壓強(qiáng)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)到固體的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算。然而，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形，流體的速度和壓力場(chǎng)就會(huì)因此發(fā)生改變，此時(shí)我們需要將其作為雙向耦合問(wèn)題進(jìn)行多物理場(chǎng)分析：流體流動(dòng)和壓力場(chǎng)會(huì)影響結(jié)構(gòu)變形，而結(jié)構(gòu)變形又反過(guò)來(lái)影響流體的流動(dòng)和壓力。實(shí)際工況中選擇進(jìn)行單向耦合分析還是雙向耦合分析需要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品及作用工況進(jìn)行判斷。
本文將執(zhí)行一個(gè)單向流固耦合分析流程，先在Hypermesh前處理器進(jìn)行流體域的建立和CFD網(wǎng)格劃分，然后導(dǎo)入至Fluent求解器進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，得到流體與固體界面的壓強(qiáng)信息，隨后將Fluent中計(jì)算得到的壓力信息映射至結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，并使用Optistruct求解器進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。
展開(kāi) 
PAW焊接熔池_小孔流場(chǎng)與熱場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)值分析
PAW焊接熔池_小孔流場(chǎng)與熱場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)值分析.1.rar
PAW焊接熔池_小孔流場(chǎng)與熱場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)值分析2.rar
流場(chǎng)分析：基于STAR CCM+軸流風(fēng)葉仿真分析
圖6 仿真風(fēng)量對(duì)比圖
06
流場(chǎng)分析
湍動(dòng)能的大小反應(yīng)了壓力的脈動(dòng)程度，湍動(dòng)能越大說(shuō)明壓力脈動(dòng)越大。
消聲器流場(chǎng)分析
問(wèn)題描述：xiaoyinqi流場(chǎng)分析
問(wèn)題類型：流體分析
分析人：技術(shù)鄰 異色天空
簡(jiǎn)述：
噪聲是衡量壓縮機(jī)品質(zhì)的主要指標(biāo)之一。在壓縮機(jī)噪聲的構(gòu)成中，因氣流壓力脈動(dòng)造成的空氣動(dòng)力噪聲所占比例最高。這種噪聲主要產(chǎn)生在進(jìn)排氣端，且相比之下進(jìn)氣噪聲較強(qiáng)。
綜合以上信息，通常采用吸氣xiaoyinqi來(lái)控制氣缸腔內(nèi)因制冷劑壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的輻射噪聲。另外，結(jié)合軟件分析xiaoyinqi的流場(chǎng)和聲場(chǎng)，采集數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，成為降低壓縮機(jī)噪聲的有效途徑。
模型：
壓力場(chǎng)分布：
速度場(chǎng)分布：
小結(jié)：
壓力損失是描述xiaoyinqi綜合性能的一個(gè)重要指標(biāo)。在滿足降噪要求的同時(shí)，進(jìn)出口端的壓力損失越小越好。由Fluent軟件計(jì)算可看出，隨著壓縮機(jī)排量的增加，入口速度的提高，該xiaoyinqi進(jìn)出口端的壓力損失由212.69Pa增加到1573.43Pa，xiaoyinqi的效率降低。
氣體從進(jìn)口管出口處以射流的形式進(jìn)入，所以xiaoyinqi的一側(cè)面的所受壓力偏大。在消音腔內(nèi)，氣流會(huì)與腔內(nèi)流速較低的氣體混合，形成小范圍的旋渦，造成能量耗散和損失。隨后，氣體經(jīng)過(guò)消音腔的緩沖進(jìn)入排氣管，排出xiaoyinqi。總的來(lái)看，吸氣xiaoyinqi內(nèi)部的速度場(chǎng)比較均勻，對(duì)氣體在消聲器內(nèi)的流動(dòng)影響不大。
展開(kāi) 發(fā)動(dòng)機(jī)SCR流場(chǎng)分析
發(fā)動(dòng)機(jī)SCR流動(dòng)分析.pdf
某鋼廠180平脫硫除塵器流場(chǎng)分析 ￥15
同時(shí)為保證袋除塵器在運(yùn)行時(shí)氣流均布性及運(yùn)行阻力滿足要求，對(duì)該除塵器進(jìn)行CFD模擬分析，并提出導(dǎo)流優(yōu)化方案。
二、計(jì)算模型及邊界條件
2.1 計(jì)算模型建立
180平脫硫除塵器三維模型如下：
三維模型
袋室流量監(jiān)測(cè)面位置示意
2.2 邊界條件
計(jì)算參數(shù)如下，總煙氣量為666134m3/h，煙氣溫度150℃。進(jìn)口邊界條件為速度進(jìn)口，進(jìn)口直徑為6.9m，計(jì)算進(jìn)口風(fēng)速為4.95m/s，水力直徑為6.9m，湍流強(qiáng)度為2.72%，氣體密度為0.808kg/m3，氣體粘度為2.38E-05Pa·s。出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，壁面函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，固壁面設(shè)置為無(wú)滑移壁面。濾袋表面設(shè)定為多孔跳躍邊界。
3 仿真結(jié)果
為保證除塵器安全穩(wěn)定運(yùn)行，需保證：
避免殼體側(cè)壁進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速過(guò)大，導(dǎo)致局部阻力上升；
防止濾袋表面風(fēng)速過(guò)高，致使運(yùn)行過(guò)程中破袋風(fēng)險(xiǎn)增加；
在煙道內(nèi)增加導(dǎo)流措施，保證各袋室流量分布均勻；
當(dāng)每個(gè)灰斗內(nèi)累計(jì)飛灰重量達(dá)30t時(shí)，灰斗內(nèi)氣流流速不宜過(guò)高，以免出現(xiàn)揚(yáng)塵現(xiàn)象。
經(jīng)過(guò)仿真模擬，設(shè)備模擬運(yùn)行狀態(tài)如下：
展開(kāi) 垃圾焚燒SCR脫硝裝置流場(chǎng)模擬分析 ￥20
<p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><strong>一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介</strong></p><h3>本次模擬對(duì)象為垃圾焚燒SCR脫硝裝置，常見(jiàn)的流場(chǎng)問(wèn)題及優(yōu)化措施</h3><p>問(wèn)題1：煙氣分布不均</p><p>原因：煙道轉(zhuǎn)彎、變徑導(dǎo)致離心力或慣性力，使煙氣偏向一側(cè)。</p><p>措施：加裝導(dǎo)流板（Turning Vanes），這是最常用的優(yōu)化手段，用于平穩(wěn)地引導(dǎo)煙氣，均勻分布。</p><p>問(wèn)題2：氨/煙混合不均</p><p>原因：噴氨格柵（AIG）設(shè)計(jì)不合理，或氨噴射流與主煙氣動(dòng)量不匹配。</p><p>措施：優(yōu)化噴氨格柵各噴口的流量分配；在AIG下游加裝靜態(tài)混合器，增強(qiáng)湍流混合；確保足夠的混合距離（AIG到催化劑層之間的直管段長(zhǎng)度）。</p><p>問(wèn)題3：飛灰沉積和磨損</p><p>原因：存在低速區(qū)、死角或尖銳凸起。</p><p>措施：優(yōu)化煙道和反應(yīng)器形狀，消除死角；對(duì)可能發(fā)生磨損的部位（如導(dǎo)流板迎風(fēng)面）采用防磨設(shè)計(jì)（如加裝防磨片）。</p><p>問(wèn)題4：溫度不均或偏低</p><p>原因：鍋爐負(fù)荷波動(dòng)，爐膛燃燒不均，省煤器出口煙溫不均。</p><p>措施：從鍋爐運(yùn)行調(diào)整入手；在煙道設(shè)計(jì)上，可采用煙氣旁路或省煤器分級(jí)等技術(shù)來(lái)精確控制SCR入口煙溫。</p><p><br></p><p>根據(jù)已知的流場(chǎng)問(wèn)題和措施，分析該裝置運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)，即如何盡可能保證反應(yīng)器內(nèi)催化劑表面的煙氣速度及氨濃度（NH3/NOx）均布性，以確保脫硝效率和氨逃逸量滿足要求；現(xiàn)通過(guò)CFD模擬，并添加適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流板及擾流板，確保SCR反應(yīng)器中的氣流均布及氨氮混合均勻。
展開(kāi) 某冷卻塔中噴淋與煙氣混合流場(chǎng)分析 ￥20
圖2
二、結(jié)果計(jì)算
2.1 原始狀態(tài)
經(jīng)CFD模擬，本冷卻塔中煙氣及冷卻水的運(yùn)行狀態(tài)如下：
煙氣速度流線圖
i1截面速度云圖
打點(diǎn)位置示意（打點(diǎn)由圓心向四周輻射，共10環(huán)，183個(gè)數(shù)據(jù)）
i1截面打點(diǎn)速度分布
注：從上到下依次為第1環(huán)至第10環(huán)
流線+粒子分布圖
液滴擴(kuò)散停留時(shí)間分布圖
從上圖中可以看出：煙氣由進(jìn)口管道進(jìn)入冷卻塔時(shí)，由于在進(jìn)口變徑處沒(méi)有導(dǎo)流裝置，導(dǎo)致煙氣在塔體內(nèi)沒(méi)有發(fā)生擴(kuò)散，而是直沖與塔體底部，i1截面最大速度可達(dá)14m/s，截面速度偏差相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差甚至超過(guò)100%；可見(jiàn)該截面速度均布性極差；中間主氣流速度約11m/s，在本設(shè)備高度下，煙氣在塔體內(nèi)停留時(shí)間約1s左右，停留時(shí)間較少，影響冷卻效果；部分煙氣于灰斗底部觸底反彈，在塔體內(nèi)產(chǎn)生回流,；冷卻水霧化的液滴剛經(jīng)噴槍噴出后，擴(kuò)散相對(duì)良好，但擴(kuò)散至經(jīng)塔體后半段時(shí)受氣流影響較大，部分液滴隨回流煙氣一同在塔體內(nèi)打轉(zhuǎn)。可見(jiàn)，煙氣主要位于塔體中部，與液滴的混合程度不高。
展開(kāi) 
ansys apdl 耦合物理場(chǎng)命令流分析概述
一 前言
耦合場(chǎng)分析，也稱為多物理場(chǎng)分析，分析不同的物理場(chǎng)的相互作用以解決一個(gè)全局性的工程問(wèn)題。例如，當(dāng)一個(gè)場(chǎng)分析的輸入依賴于從另一個(gè)分析的結(jié)果，那么分析就會(huì)被耦合。耦合方式有：
1.單向耦合---前一個(gè)分析的結(jié)果作為載荷施加給下一個(gè)分析，而下一個(gè)分析的結(jié)果不會(huì)影響前一個(gè)場(chǎng)的分析結(jié)果；
例如，在熱應(yīng)力問(wèn)題中，溫度場(chǎng)會(huì)在結(jié)構(gòu)場(chǎng)中引入熱應(yīng)變，但是結(jié)構(gòu)應(yīng)變通常不會(huì)影響溫度分布。因此，無(wú)需在兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)解決方案之間進(jìn)行迭代。
2.雙向耦合---兩個(gè)物理場(chǎng)的結(jié)果會(huì)相互影響。
例如，非線性材料的感應(yīng)加熱中，諧波電磁分析計(jì)算出焦耳熱，該熱在瞬態(tài)熱分析中用于隨時(shí)間變化的溫度解，而溫度的變化會(huì)反過(guò)來(lái)影響電磁場(chǎng)材料屬性的變化，從而改變電磁分析結(jié)果。
二 耦合場(chǎng)分析類型
1.直接耦合場(chǎng)分析
直接方法通常只包含一個(gè)分析，它使用一個(gè)包含所有必需自由度的耦合單元類型，通過(guò)計(jì)算包含所需物理量的單元矩陣或單元載荷向量的方式進(jìn)行耦合。
展開(kāi) 基于STARCCM+的多翼離心風(fēng)扇流場(chǎng)分析
04
流場(chǎng)分析
下面對(duì)設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析。截取葉輪中間位置的 XY 截面與XZ 截面，網(wǎng)格如圖8所示。在XZ截面上建立速度矢量Vxz的流線分布，如圖10所示。從圖中可見(jiàn)流量大部分靠近蝸殼出口側(cè)流動(dòng)，并且在蝸殼中形成了非常明顯的上下兩個(gè)二次渦流，這是蝸殼中主要損失之一。其主要的成因是軸向上流動(dòng)分布不均，造成上下壓力不平衡而形成的二次流動(dòng)。在XZ截面上建立徑向速度的矢量分布圖，如圖11所示。徑向速度間接代表了葉輪進(jìn)出口的流量分布。從圖中可以更加明顯的看到流量在軸向上分布非常不均勻，其主要原因是空氣從外界進(jìn)入葉輪前由于多翼離心風(fēng)機(jī)軸面流道的特點(diǎn)，無(wú)法使軸向進(jìn)氣能很好的均勻的導(dǎo)出徑向出氣，所以無(wú)法避免的造成了軸向速度分布不均勻。從優(yōu)化的角度需要對(duì)軸面流道和進(jìn)氣裝置的導(dǎo)流特性進(jìn)行優(yōu)化。
圖8 XZ、XY截面示意圖
圖9 XY截面葉輪示意圖
在XY截面上，建立面上葉輪內(nèi)部Vxy矢量的相對(duì)速度流線分布圖，如圖12所示。圖中可見(jiàn)葉輪間都或多或少的存在葉間渦，其中約有 2/5 的流道中渦占據(jù)一半位置以上，在流量集中區(qū)域渦相對(duì)較小，但仍然存在。因此葉間渦的作用對(duì)多翼離心風(fēng)機(jī)中的影響不可忽視。
展開(kāi) Cradle CFD—專業(yè)熱流場(chǎng)分析工具
憑借較高效的處理速度、工程實(shí)用性和用戶高滿意度，Cradle已被廣泛地應(yīng)用于汽車、電子等領(lǐng)域，以解決熱流耦合問(wèn)題。依托聯(lián)合仿真功能，不僅可實(shí)現(xiàn)與三維多物理場(chǎng)耦合（結(jié)構(gòu)、聲學(xué)、電磁、機(jī)械），還能夠與一維系統(tǒng)級(jí)仿真工具和多學(xué)科優(yōu)化平臺(tái)耦合，實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)協(xié)同仿真，例如Adams、Romax、FFT、Abaqus、GT、KULI等工具。
基于PERA SIM Fluid攪拌器單相流場(chǎng)仿真分析
圖5 截面速度云圖及矢量圖分布
5.結(jié)論
本文利用國(guó)產(chǎn)自主仿真軟件PERA SIM Fluid對(duì)雙槳攪拌器內(nèi)的單相流場(chǎng)進(jìn)行了快速仿真分析，得到了當(dāng)前工藝參數(shù)下的槳葉扭矩和攪拌器內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特性，為攪拌器設(shè)計(jì)（槳葉選型設(shè)計(jì)/擋板參數(shù)設(shè)計(jì)）及工藝參數(shù)優(yōu)化提供參考。
可以看出，作為一款自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)流體仿真軟件，PERA SIM Fluid在攪拌器單相流場(chǎng)計(jì)算過(guò)程中，能很好地完成幾何模型定義、網(wǎng)格劃分、材料定義、邊界設(shè)置、分析求解和結(jié)果查看全過(guò)程，仿真流程完善，收斂性好。
作者：安世亞太工程師 鄒劍峰
