Fluent软件介绍及其在机械行业中的应用

Fluent软件介绍及其在机械行业中的应用王伟流体工程师APeraGlobalCompany©2008PERAChina目录Fluent建模分析流程案例分析Fluent功能及特点典型用户及技术服务ANSYSCFDPackageAPeraGlobalCompany©2008PERAChina流体分析基本流程CFD模拟流程：几何网格物理模型设置求解后处理ANSYSFluentANSYSCFXANSYSICEMCFDAPeraGlobalCompany©2008PERAChinaFluent模拟分析流程APeraGlobalCompany©2008PERAChinaFluent模拟分析流程APeraGlobalCompany©2008PERAChina目录Fluent建模分析流程案例分析Fluent功能及特点典型用户及技术服务ANSYSCFDPackageAPeraGlobalCompany©2008PERAChina液力变矩器案例分析问题描述计算网格边界条件数值算法计算过程计算结果APeraGlobalCompany©2008PERAChina问题描述液力变矩器内流体物性（油）：流体密度=0.816g/cm^3=816kg/m^3粘性系数=7.0cSt0.005712Pa﹒s部件泵轮涡轮导轮叶片数312918转速2600rpm2080rpm0rpm备注：速比=2080/2600=0.8求解分析：1液力变矩器流场、压力场？2液力变矩器矩比、效率？APeraGlobalCompany©2008PERAChina液力变矩器案例分析泵轮/涡轮/导轮独立生成网格各轮均为高质量全六面体网格泵轮涡轮导轮合计节点数68,36098,95051,950219,260单元数61,37090,24046,944198,554计算网格APeraGlobalCompany©2008PERAChina液力变矩器案例分析计算网格APeraGlobalCompany©2008PERAChina液力变矩器案例分析各轮交界面：PumpTurbineTurbineStatorStatorPump壁面条件：No-Slip条件，Smoothwall内环/外环/叶片（Hub/Shroud/Blade）转速：泵轮2600rpm，涡轮2080rpm边界条件APeraGlobalCompany©2008PERAChina液力变矩器案例分析有限体积法基于压力求解器SIMPLE算法高精度求解格式SST湍流模型软件自动设置初始条件数值方法APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：转矩和效率速比：e=No/Ni=0.8(已知)矩比：t=To/Ti=1.084效率：η=t×e=0.867泵轮转矩(Nm)涡轮转矩(Nm)矩比-152.07164.831.084•液力变矩器全周转矩和效率：APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：3D流线涡轮压力面方向视图涡轮吸力面方向视图涡轮叶片可以清晰观察到泵轮吸力面3D涡流APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：3D叶片表面流线涡轮压力面方向视图涡轮吸力面方向视图涡轮叶片可以清晰观察到泵轮和涡轮吸力面流动边界分离APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：子午面压力分布泵轮涡轮导轮循环流道内的整体泵压(压差)约为0.32MPaAPeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：全场3D压力分布泵轮泵轮叶片涡轮涡轮叶片APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：液力变矩器性能曲线通过批处理计算获得液力变矩器性能曲线：工况1工况2工况3泵轮转速2600rpm2600rpm2600rmp涡轮转速0rpm1040rpm2080rpm速比0.00.40.8矩比2.0201.5351.084效率--0.6140.867APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：三种速比工况速度对比速比0.0速比0.4速比0.8APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：三种速比工况压力对比子午面速比0.0速比0.4速比0.8APeraGlobalCompany©2008PERAChina计算结果：小结典型工况结果：速比0.8时，矩比1.084，效率为0.867；如果能够通过优化叶型避免泵轮涡流和涡轮吸力面流动边界分离，则此液力变矩器的效率可以得到进一步提高；根据所得液力变矩器性能曲线，速比为0.8时效率最高.APeraGlobalCompany©2008PERAChina问题描述已知：1实体模型如右图（Parasolid创建）大小：30×84×76（mm）2工作流体介质：空气流体密度=1.26kg/m^3粘性系数=1.7894e-05kg/(m-s)3弹簧预紧力=7.0N，弹簧刚度=470N/m求解分析：1阀门的详细流动特性（压力、速度）？2阀门的P-Q特性曲线，及压力与阀门开度关系曲线？阀门案例分析APeraGlobalCompany©2008PERAChina数值算法基于有限体积法基于压力的非定常隐式求解器K-E湍流模型UDF控制运动程序阀门案例分析APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析计算模型APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析纯四面体计算网格APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析阀门壁面压力场分布APeraGlobalCompany©2008PERAChina内部切面压力场分布阀门案例分析APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析阀门壁面压力场分布内部切面压力场分布(局部)APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析流线图APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析流线图APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析速度矢量图APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门案例分析速度矢量图（局部）APeraGlobalCompany©2008PERAChinaP(KPa)Qm(g)0102030405060700123456789101112Frame00130Mar2009Example:SimpleXYPlotFrame00130Mar2009Example:SimpleXYPlot压力－流量曲线阀门性能曲线通过批处理计算获得阀门性能曲线：计算工况：Fini＝7.0N，KSpring＝470N/mP(KPa)delta(mm)01020304050607000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Frame00130Mar2009Example:SimpleXYPlotFrame00130Mar2009Example:SimpleXYPlot压力－开度曲线APeraGlobalCompany©2008PERAChina阀门模拟案例总结本案例采用Fluent软件，对一个双向阀门的打开过程进行数值模拟，其过程如下：1、初步计算阀门打开临界压力2、计算阀门运动部件对所设定的进口压力的响应变化，得到了阀门的通过流量、关键位置的压力脉动、阀门的开度等阀门性能的关键数据。3、考虑不同的进口压力，监测了阀门流量、开度的对应关系，得到了阀门关键性能曲线。本案例的计算结果，可以作为所设计阀门的性能指标验证，并帮助进行阀门的设计和优化。APeraGlobalCompany©2008PERAChina机车冷却装置案例分析出口周期对称边界进口上风腔体计算几何APeraGlobalCompany©2008PERAChina机车冷却装置案例分析计算网格整体网格局部区域（风扇、筋板）网格风扇叶片网格APeraGlobalCompany©2008PERAChina机车冷却装置案例分析边界条件：1）进口：定义压力出口边界条件，相对压力为0；2）出口：定义为压力进口边界条件，相对压力为0；3）纵向对称面：定义为Perio条件，表示为周期对称边界；4）风扇罩：定义为带旋转的固壁（Wall）边界条件，旋转速度为风扇转速；5）电机的旋转面：定义为带旋转的固壁（Wall）边界条件，转速为风扇转速，转速为1391r/min；APeraGlobalCompany©2008PERAChina机车冷却装置案例分析散热器表面压力分布散热器迎风面压力分布风扇进风、出风口压力分布云风扇叶片压力分布云图APeraGlobalCompany©2008PERAChina机车冷却装置案例分析风扇进风、出风口轴向速度分布云图散热器迎风面速度矢流线分布图APeraGlobalCompany©2008PERAChina汽车噪声计算网格APeraGlobalCompany©2008PERAChina汽车噪声汽车表面压力分布APeraGlobalCompany©2008PERAChina汽车噪声车声噪声分布APeraGlobalCompany©2008PERAChina汽车噪声表面噪声APeraGlobalCompany©2008PERAChina汽车噪声Lilley’s噪声源APeraGlobalCompany©2008PERAChina目录Fluent建模分析流程案例分析Fluent功能及特点典型用户及技术服务ANSYSCFDPackageAPeraGlobalCompany©2008PERAChina流体分析基本流程CFD模拟流程：几何网格物理模型设置求解后处理ANSYSFluentANSYSCFXANSYSICEMCFDAPeraGlobalCompany©2008PERAChinaANSYSICEMCFD作为专业的前处理软件，ANSYSICEMCFD为所有世界流行的CFD软件提供高效可靠的分析模型。它拥有强大的CAD模型修复能力、自动中面抽取、独特的网格“雕塑”技术、网格编辑技术以及广泛的求解器支持能力。APeraGlobalCompany©2008PERAChina树目栏消息窗口柱状菜单操作按钮和数据输入选择工具功能按钮功能标签功能菜单坐标ICEMCFD前处理器(一)友好的用户环境APeraGlobalCompany©2008PERAChinaICEMCFD前处理器(二)广泛的输入输出接口求解器输出接口几何输入接口APeraGlobalCompany©2008PERAChina(三)灵活的几何模型处理工具ICEMCFD前处理器几何拓扑诊断提取表面拓扑修复间隙、封闭边界简化数据几何处理工具APeraGlobalCompany©2008PERAChinaICEMCFD前处理器APeraGlobalCompany©2008PERAChinaICEMCFD前处理器(四)先进的网格生成技术四面体——八叉树法(octree)六面体——雕塑技术(blocking)棱柱层——边界层捕捉金字塔——混合网格过度APeraGlobalCompany©2008PERAChinaICEMCFD前处理器八叉树法网格划分思想APeraGlobalCompany©2008PERAChinaICEMCFD前处理器(四)先进的网格生成技术四面体——八叉树法(octree)六面体——雕塑技术(blocking)棱柱层——边界层捕捉金字塔——混合网格过度APeraGlobalCompany©2008PERAChinaICEMCFD前处理器六面体网格划分思想APeraGlobalCompany©2008PERAChinaICEMCFD前处理器(四)先进的网格生成