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        CFD專欄丨Flow Simulator案例:重力驅(qū)動的流動

        CFD專欄丨Flow Simulator案例:重力驅(qū)動的流動
        澳汰爾  2025-02-26  |  閱讀:175

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        A

        重力驅(qū)動流演示模型


        問題描述


        3個(gè)水箱安裝在不同高度,落差分別為1.5米,底部有水管相連。初始時(shí)刻,打開閥門,讓水流在重力下自由流動,分析30秒內(nèi),每個(gè)水箱的液體容積變化。


        微信圖片_20250226094840.jpg

        一維CFD模型示意圖


        A

        Flow Simulator 元件說明

        Tank


        ? Tank有3種類型,差別在于空氣壓力的處理方法不同

        • Open Tank:水箱內(nèi)的空氣自由流進(jìn)/出,壓力和環(huán)境相同,底部僅輸運(yùn)液體。

        • Tank with Bladder:水箱內(nèi)的空氣不能逃逸,底部僅輸運(yùn)液體。

        • Vented Tank:水箱內(nèi)的空氣可以通過頂部相連的元件流進(jìn)/出,底部僅輸運(yùn)液體。


        微信圖片_20250226094847.jpg



        • 水箱Tank輸入?yún)?shù):形狀/尺寸,安裝高度,初始液位,環(huán)境壓力,液體類型。

        • 當(dāng)最高位置的水箱液體開始流出,空氣通過環(huán)境壓力流入補(bǔ)充。


        095040_058114_jswz.png


        • 管路Tube 輸入?yún)?shù):長度,截面形狀,粗糙度。對于壓力或溫度沿程變化不大的,Number of Stations可以設(shè)置為最小值=2,加速收斂。


        微信圖片_20250226094850.png



        • 最低位置水箱的頂部通氣孔Orifice輸入?yún)?shù):截面積,損失系數(shù)或流量系數(shù)。當(dāng)有液體注入,頂部空氣通過Orifice溢出。


        微信圖片_20250226094852.png




        • 外部邊界條件Plenum輸入?yún)?shù):靜壓和溫度。


        095202_516934_jswz.png



        ? 分析類型:Transient Flow 瞬態(tài)流動,不求解溫度場


        大部分情況下,包含有Tank元件的模型都是瞬態(tài)計(jì)算。如果切換到穩(wěn)態(tài)計(jì)算,Tank流出的液體必須通過連接件再注入, 保持系統(tǒng)的液體質(zhì)量守恒。


        095227_225172_jswz.png


        ? 求解器控制

        • 分析時(shí)間:30秒。

        • 時(shí)間步長:0.2秒。

        • 初始化類型:User-defined。

        • 結(jié)果輸出頻率:1秒。


        095255_729266_jswz.png



        ? Run Model,筆記本計(jì)算時(shí)間1.6秒


        095318_879480_jswz.png



        ? 后處理用Results Table工具查看水箱容積變化曲線


        095355_130409_jswz.png



        ? 數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為Excel


        095410_796859_jswz.jpg

        3個(gè)水箱容積隨時(shí)間的變化


        A

        應(yīng)用場景

        GE航空發(fā)電機(jī)的軸承油路計(jì)算


        問題描述:飛機(jī)的備用發(fā)電機(jī)是在緊急情況下使用的,因此其具有一套獨(dú)立的潤滑和冷卻系統(tǒng)。這套滑油系統(tǒng)要求潤滑油可以在重力作用下,從軸承的空腔通過油槽下落到底部的油底殼中,然后再被油泵吸入,進(jìn)行下個(gè)循環(huán)。工程師需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期,對油路布局和尺寸進(jìn)行多方案的評估。


        095458_601118_jswz.jpg

        滑油路徑示意圖


        ? 該模型搭建用到了4種類型的元件

        • Elevation:考慮重力勢能的腔體,用于計(jì)算壓力/速度的變化(黃色是邊界,灰色是內(nèi)部節(jié)點(diǎn))。

        • Tube:剛性直管路,用于連接上下游,考慮截面積變化和沿程阻力損失。

        • Bend:肘管,用于連接上下游,考慮不同的截面積形狀和彎曲半徑。

        • T-Junction:三通件,用于流動的匯合和分叉。


        一旦完成初始模型搭建和驗(yàn)證,下一步便可以進(jìn)行參數(shù)組合和優(yōu)化分析,快速找到最優(yōu)解。


        095538_920507_jswz.jpg

        滑油一維模型


        本期的Flow Simulator案例:重力驅(qū)動的流動分享就到這里啦,下一期我們將分享更多實(shí)用功能,敬請期待。

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