Flow Simulation流体分析基础教程—球阀设计(二)

定义工程目标

1. 右击 EFD.Lab 分析树 Goals 图标并且选择 Insert Surface Goals。

2. 点击 EFD.Lab Analysis Tree 页并且点击 Inlet Mass Flow 1 项,选择被应用目标的表面。

3. 在Parameter 表格中在 Static Pressure这一行勾选Av框。已经勾选了 Use for Conv 框意味着创建的目标将用于收敛的控制。

如果对于一个目标而言 Use for Conv没有被勾选,那它不会影响这个任务终止标准。这个目标可以用于监测某些参数,从而给你一些模型中关于计算进行中的额外信息。当然这不会影响仿真的结果和总的计算时间。

4. 点击 OK 。新的 SG Av Static Pressure 1项出现在 EFD.Lab 分析树中。

工程目标是一些用户感兴趣的参数。设定目标实质上是向 EFD.Lab 传达一种信息,你想得到什么样的分析结果和减少 EFD.Lab 获取仿真结果时间的一种方法。通过设定一个变量作为项目的目标,你传达给 EFD.Lab 一些关于变量的信息,告诉它在关注的时间段内这些变量收敛是相当重要的 (选择变量作为目标)并且对于那些未被选择的变量精度可以适当放宽一些。可以对整个求解域设定目标(全局目标), 在某个选择的体积内 (体积目标),在一个选择的表面区域 (表面目标),或者在某个确定点 (点目标)。此外, EFD.Lab 可以对某个设定目标计算平均值,最小值和最大值。当然,你也可以通过包含有基本数学函数以现有目标作为变量的方式来设定一个方程目标。这个方程目标可以计算你所感兴趣的参数(例如:压降)并且可在项目中保存这些信息,以便日后的参考。

点击 File,Save。

求解

1. 点击 Flow Analysis, Solve, Run。

勾选 Load results 意味着当计算完成之后结果会被自动的载入。

2. 点击 Run。

在一台普通的PC机上,这一求解的过程应该少于1分钟。

监测求解过程

这是监测求解对话框。在左面窗口中显示了求解过程的每一阶段的列表。在右面显示了网格的信息和仿真分析时候的一些警告。当出现“A vortex crosses the pressure opening”的警告语句时候,不要感到惊讶。我们会在后面的章节中进行解释。

1. 在求解开始并且进行了若干次迭代计算之后。(关注信息窗口中的迭代曲线),点击 Solver 工具栏上的Suspend 按钮。

我们之所以要使用暂停按钮,主要是因为当前我们仿真的例子太过于简单,计算仿真的时间可能相当的短,使你没有足够的时间进行相应的结果监测。通常情况下,你可以使用监测工具而不必进行暂停。

2. 点击 Solver 工具栏上的 Insert Goal Plot 。Add/Remove Goals 对话框会出现。

3. 在Slecet goals中选择 SG Average Static Pressure 1 并且点击OK。

这是目标对话框并且罗列了先前创建的每一个目标。在这里你可以看到每一个目标的当前值和图形,此外也可以看到当前所做的计算占总计算量的百分比。但这一值是估计值,通常情况下会随着时间的推移这一百分比的值都会增加。

4. 点击 Solver 工具栏上的Insert Preview 。

5. 这是 Preview Settings 对话框。从 Plane name 列表中选择任何平面并且点击OK ,将会在平面上创建一个结果预览平面。对于这个模型 Plane 2这一平面很适合作为预览的平面。

这个预览功能可以在计算运行的时候就观察结果。这有助于确定是否正确的定义了所有的边界条件以及使人直观的看到在求解初期的仿真结果。在仿真运行开始阶段,其结果可能是剧烈变化。但随着迭代计算的进行,变化将趋于平稳且结果将达到一个收敛值。这个仿真结果能以轮廓线,等值面和矢量形式显示。

6. 再次按下 Suspend 使求解继续。

7. 当求解完成,通过点击 File,Close 来关闭监测。

调整模型透明度

点击 Flow Analysis,Results,Display,Transparency 并且设置模型的透明度为 0.75。

对于结果分析的第一步是产生一个透明的几何体,称之为透明体。通过这种方式你可以方便的看到与几何体相关的切面云图。

切面云图

1. 右击 Cut Plots 图标并且选择 Insert。

2. 定义一个平面,选择Plane 2 切平面。 在特性管理树中选择 Plane 2。

3. 点击 OK 。

这是你应该看到的切平面图。

一个切平面图显示了这一个平面上的所有结果。这个结果可以是以轮廓线,等值线或者矢量的形式显示,当然也可以是上述任意几种显示方式的组合 (例如:轮廓线加矢量)。

4. 如果你想访问这个平面图的其他设置,你可以双点颜色标尺或者右点击 Results 图标选择View Settings。

在这些观察设置对话框中你可以对每一个云图类型进行全局改变。其中一些选项是: 改变显示的参数和颜色标尺中使用的颜色数目。学习这些选项功能的方法就是实践。

5. 对一个矢量平面图改变轮廓切面。右点 Cut Plot 1 图标并且选择 Edit Definition 。

6. 在云图定义中清除 Contours 选择Vectors 。

7. 点击 OK 。

这是你应该看到切面图。

在观察设置对话框中可以在矢量页中放大矢量的大小。同样可以在切平面对话框的设置页中控制矢量的空间。注意:在圆球的锐利角处流动必须得到引导。我们的设计改变就是聚焦在这些特征上。

表面云图

右点 Cut Plot 1 图标并选择 Hide。

1. 右点 Surface Plots 图标并选择 Insert。

2. 勾选 Use all faces 。

对于表面云图和切面云图有相类似的基础选项,可以进行任意的不同云图的结合使用。

3. 点击 OK 会得到如下表面云图。

这个云图显示了所有与流体接触面上压力的分布图。你也可以选择一个或多个面,用于表面显示。另外这些面可以不是平面。

等值面

右击 Surface Plot 1 图标并且选择 Hide。

1. 右击 Isosurfaces 图标并且选择 Show ,这时将出现这个云图。

EFD.Lab 对某一具体变量设定了一个常值从而创建了一个3维的等值面图。通过 Isosurfaces下的View Settings 对话框可以改变这个变量和设定的值。

2. 右击 Results 图标且选择 View Settings 进入对话框。

3. 选择 Isosurfaces 页。

4. 检查对话框中的选项。尝试做两个改变,首先点击 Use from contours 从而使等值面以相应压力值的颜色显示,这个类似于轮廓图。

5. 其次在滑动条的另外一个位置进行点击, 注意此时出现另一个滑动条。这个滑动条可以通过按住并且拖拉出对话框来使其消失。

6. 点击 OK。

7. 点击 Flow Analysis,Results,Display,Lighting。

对一个3维的轮廓应用灯光可以更为清晰的看到其外形轮廓。

你应该看到一个与下图类似的轮廓图。

等值图是精确的确定3D区域一个有用的方式,在图上显示了确定的压力,速度和其他参数。

流动迹线图

右点 Isosurfaces 图标并且选择 Hide 。

1. 右击 Flow Trajectories 图标并且选择 insert。

2. 在分析树点击Static Pressure1 项,其目的是选择出口 LID_2 盖的 inner 表面。

3. 设置 Number of trajectories 为16。

4. 点击 OK ,迹线图将如下图所示。

使用流动迹线图你可以显示流线。流动迹线图提供了一个良好的3D流动图形。你可以通过输出数据到Excel中来观察变量是如何随着迹线方向改变的。

对于这个迹线图我们选择了出口盖作为平面 (任何的平面都可以选择)因此每一个迹线会穿过所选择的面。通过在 View Settings 对话框中进行设置这个迹线也可以被赋予颜色。注意这个迹线是通过整个出口盖子的。这就是为什么在计算时候出现警告的原因。EFD.Lab会自动警告我们不合适的分析,这就是我们不一定非要是CFD专家的原因。当流动进入和流出同一个开口,仿真结果的精度会变得很差。为了防止这种情况,通常是对模型增加一个元件 (一个延伸到求解域的管子)这样漩涡就不会发生在开口的地方。

XY 图

右点 Flow Trajectories 1 图标并选择 Hide。我们想显示压力和速度沿着阀的变化。我们已经创建了一个包含若干条线的草图。

这个草图的创建不必事先就做,你可以在分析完成之后再创建草图线。观察一下模型树中的草图1。

1. 右击 XY Plots 图标并选择 Insert。

2. 选择 Velocity and Pressure 作为物理Parameters。从模型树中选择 Sketch1。

保持所有的选项都是默认值。

3. 点击 OK。 微软的 Excel 将会同时打开速度和压力两个图表。其中一个图表如下所示。你可以在不同的页中切换,从而观察每一个图表。

XY 图可以让你看到沿着草图线的结果,这个数据被直接输入到Excel中。

表面参数

Surface Parameters 是用于确定模型任何与流体接触面上压力,应力,热流和其他许多参数的一个功能。对于这类分析,从阀门的入口到出口的平均压降值可能是非常有价值的。

1. 右击 Surface Parameters 图标并选择Insert 。

2. 在 EFD.Lab 分析树中, 点击Inlet Mass Flow1 项,其目的是选择 LID_1 盖入口的 inner 表面。

3. 点击 Evaluate 。

4. 选择 Local 页。

在入口处的平均静压值显示为 128478 Pa。 我们已经知道在出口处的静压值是 101325 Pa 因为先前我们已经定义了出口处的边界条件。所以通过这个阀门的平均静压降大约为 27000 Pa。

5. 关闭 Surface Parameters 对话框。

分析球形部分中一个设计变量

这一章节的目的是显示如何方便快捷的分析一个设计变量。这个变量可以是不同的几何外形,新的特征,装置的一个新的零件!这是 EFD.Lab 软件的核心功能并且这可以使设计工程师快速方便的确定哪一个设计是具有良好的效果,哪一个设计不会产生积极的作用。对于这个例子,我们看到两个锐利的边缘将影响通过阀门的压降。如果这方面没有作用的提升,那这就没有必要花费额外的制造费用。

利用定义管理树,创建一个新的定义。

1. 右击管理树的根目录选择 Add Configuration。

2. 在 Configuration Name框中输入 Project 2。

3. 点击 OK 。

4. 在特征管理树中,右击Ball 并且选择 Open Part。一个新的 Ball.SlDPRT 出现。

使用管理树创建一个新的定义。

1. 右击管理树的根目录并且选择 Add Configuration。

2. 命名新的定义为 1.5_fillet Ball.

3. 点击 OK 。

4. 对如图显示的面增加一个1.5mm的倒角。

5. 返回到组件窗口并且在出现的消息窗口中选择Yes。右击特性管理设计树中的Ball 项并且选择 Component Properties。

6. 在 Component Properties对话框底部改变 Ball 零件为新倒角的。

7. 点击 OK 确认并且退出对话框。

现在我们用新的1.5_fillet ball 来替代先前的 ball。我们所要做的就是重新对组件进行求解并且比较两种设计的结果。为了能与先前的模型结果进行比较,第二个模型的球阀开度必须和第一个模型相一致。在这个例子中我们不需要改动。

8. 通过定义管理树激活 Project 1。对于出现的消息框选择 Yes。

复制项目

1. 点击 Flow Analysis, Project, Clone Project。

2. 点击 Add to existing。

3. 在 Existing Configuration list 选择 Project 2。

4. 点击 OK。对于之后出现的消息框都选择 Yes 。

现在我们已经选择的 EFD.Lab 项目被增加到已经改变了几何状况的项目中。所有我们输入的数据都被复制,所以我们没有必要定义我们的出口和目标。边界调经安可以被改变,删除或增加。

依据先前所描述的求解步骤进行求解,同时对结果进行观察。

分析 EFD.Lab 应用中的一个设计变量

在先前的章节中,我们研究分析了如何对不同几何体进行结果的分析。你可能想在同一个几何体中运行一系列不同的流量。在这一章节中,展现了如何快速方便的做到参数化研究这一点。这里我们计划改变质量流为 0.75 kg/s。

激活 PROJECT1

1. 通过点击 Flow Analysis, Project, Clone Project。

2. 键入 Project 3 作为新项目的文件名并且点击OK。

EFD.Lab 现在创建了一个新的设定配置。所有我们输入的数据都被复制,所以我们没有必要再次定义出口和目标。边界条件可以进行改变,删除或增加。在改变入口流量为0.75 kg/s之后,你应该准备进行再次求解。请按照先前所描述的步骤进行求解和结果的观察。

想象一下自己就是这个球阀的设计师。你会如何考虑来确定球阀的设计?如果你不得不确定花费了额外费用的改动设计是否会带来相应的利益,你会怎么办?工程师无法避免的每天都在考虑这些问题,现在 EFD.Lab 软件就可以帮助工程师们解决此类难题。每一位工作中涉及到流体流动和热交换的设计工程师都应该使用 EFD.Lab 来验证他们设计想法的正确性,与此同时也大大缩短了整个设计周期。

 

 

 

 

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