搜索PumpLinx專業(yè)強(qiáng)大的泵結(jié)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)機(jī)械）CFD分析軟件
2016-05-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
軟件介紹
PumpLinx的核心部分是一個(gè)功能強(qiáng)大的CFD求解器,可求解包括可壓縮/不可壓縮流體流動(dòng)的傳熱、傳質(zhì)、湍流、空化等物理現(xiàn)象。在求解器基礎(chǔ)上,PumpLinx提供了多種運(yùn)動(dòng)機(jī)械模板,用于完成不同運(yùn)動(dòng)機(jī)械的網(wǎng)格生成、參數(shù)設(shè)置、非定常計(jì)算中動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置以及后處理數(shù)據(jù)自動(dòng)采集等多項(xiàng)專用功能。它的目標(biāo)是成為工程師最有力的數(shù)值模擬工具,幫助工程師更好的設(shè)計(jì)泵、閥、壓縮機(jī)、風(fēng)扇、螺旋漿等運(yùn)動(dòng)機(jī)械及其相關(guān)的流體系統(tǒng)。
PumpLinx專業(yè)的泵閥模板
PumpLinx作為專業(yè)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD仿真軟件,具備眾多的專業(yè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械模板,可快速完成不同運(yùn)動(dòng)機(jī)械模型設(shè)置。模板將泵閥等運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD模擬的流程和規(guī)范內(nèi)置到PumpLinx軟件中,使CFD模擬的設(shè)置簡單化,同時(shí)保證了計(jì)算結(jié)果的可靠性。模板的主要特點(diǎn)和功能如下:
? 覆蓋絕大多數(shù)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械,如不同結(jié)構(gòu)類型的泵閥以及其他運(yùn)動(dòng)機(jī)械等。
? 可通過模板化的操作步驟快速生成各種容積泵(如外齒輪泵、擺線內(nèi)齒輪、滑片泵等)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的高質(zhì)量網(wǎng)格,大大降低前處理的技術(shù)難度。
? 可指導(dǎo)用戶設(shè)置不同類型泵閥仿真的動(dòng)網(wǎng)格、物理模型和邊界條件,使CFD仿真流程化、簡單化、精確化
? 可針對泵閥及壓縮機(jī)等不同運(yùn)動(dòng)機(jī)械仿真的關(guān)注點(diǎn)自動(dòng)設(shè)置合理的后處理結(jié)果輸出。
PumpLinx可以求解比其它商用軟件更多類型的泵閥等運(yùn)動(dòng)機(jī)械,PumpLinx當(dāng)前包含以下設(shè)計(jì)模板:
PumpLinx類型眾多的運(yùn)動(dòng)機(jī)械模板
PumpLinx獨(dú)特的專有網(wǎng)格技術(shù)
高度自適應(yīng)的二叉樹笛卡爾網(wǎng)格技術(shù):PumpLinx包括一個(gè)自動(dòng)化的笛卡爾網(wǎng)格生成器,它可以便利的生成CFD求解器可以高效求解的高質(zhì)量網(wǎng)格。這個(gè)網(wǎng)格生成器采用專有的幾何等角自適應(yīng)二元樹(geometry Conformal Adaptative Binary-tree)算法,既CAB算法,CAB算法在由封閉表面構(gòu)成的體域生成迪卡爾網(wǎng)格。在靠近幾何邊界,CAB自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格來適應(yīng)幾何曲面和幾何邊界線。為了適應(yīng)關(guān)鍵性的幾何特征,CAB通過不斷的分裂網(wǎng)格來自動(dòng)的調(diào)整網(wǎng)格大小,這是利用最小的網(wǎng)格分辨細(xì)節(jié)特征的最有效方法。
PumpLinx通用笛卡爾網(wǎng)格技術(shù)
PumpLinx的通用笛卡爾網(wǎng)格技術(shù)特點(diǎn)如下:
自動(dòng)、快速的網(wǎng)格生成:用戶選擇一組封閉表面,點(diǎn)擊一個(gè)按鈕,網(wǎng)格完全自動(dòng)的生成。對于大多數(shù)工程問題,可以在幾分鐘之內(nèi)完成網(wǎng)格劃分。
精確的表達(dá)原始幾何:創(chuàng)建與曲面形狀相匹配的網(wǎng)格,可以保證準(zhǔn)確表達(dá)重要幾何特征。CAB也可以自動(dòng)的增加網(wǎng)格密度來更好的分辨幾何特征,用戶可以直接設(shè)置曲面的網(wǎng)格密度來直接控制網(wǎng)格質(zhì)量。
高質(zhì)量/高效率的網(wǎng)格:CAB通常生成更適合于高精度算法的迪卡爾六面體網(wǎng)格。對于同樣的精度水平,與四面體網(wǎng)格相比數(shù)量更少。
能夠容忍“爛”幾何:許多CAD曲面并不是完全貼合,它們也許有小縫隙,或者是沒有專門縫合在一起。如果幾何包含這樣的“爛”特征,許多網(wǎng)格生成算法會失敗,因此在生成之前,幾何必須清理干凈。CAB算法在一定程度上可以容忍“爛”幾何。對于多數(shù)情況,CAB基于“爛”幾何可以生成合理的網(wǎng)格,而精度損失是可以忽略的,從而獲得有意義的模擬結(jié)果。
- PumpLinx運(yùn)動(dòng)機(jī)械模板網(wǎng)格技術(shù):針對不同的運(yùn)動(dòng)機(jī)械模型,提供了一個(gè)模板化的網(wǎng)格生成器,通過一鍵式的操作專門生成泵閥等運(yùn)動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
- PumpLinx通用模板網(wǎng)格技術(shù):PumpLinx內(nèi)置通用的網(wǎng)格模板技術(shù),可參數(shù)化生成棱柱體、六面體、圓柱體等的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,特別適用于某些特定結(jié)構(gòu)的幾何模型網(wǎng)格生成,在生成方式、操作步驟和網(wǎng)格精度上都更簡潔、快速和優(yōu)良。
由此可見,PumpLinx網(wǎng)格生成方式多樣,技術(shù)優(yōu)良,針對不同的結(jié)構(gòu)特征可采用不同的網(wǎng)格生成方法,從而有效地提高網(wǎng)格生成速度、降低網(wǎng)格數(shù)量、提高網(wǎng)格質(zhì)量。
PumpLinx運(yùn)動(dòng)機(jī)械網(wǎng)格模板技術(shù) PumpLinx通用模板網(wǎng)格技術(shù)
PumpLinx穩(wěn)健而精確的多相流技術(shù)
全空化模型
PumpLinx擁有工業(yè)界獨(dú)一無二的空化(汽蝕)模型,該模型基于A shok.Singhal和Jiang Yu等人提出的全空化模型。全空化模型是基于兩相流的模型思想,用Rayleigh-plesset方程求解氣泡變化的動(dòng)態(tài)過程,引入了混合密度的概念,并綜合考慮了液體的可壓縮性以及蒸汽的蒸發(fā)和凝結(jié)過程。對于非凝結(jié)氣,PumpLinx也提供了不同的子模型供用戶選擇,如固定氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可變氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。
PumpLinx空化模型的特別之處在于對特別困難的問題,在其它軟件都失敗的情況下,PumpLinx依然可以收斂。除此之外,該空化模型不但能準(zhǔn)確地預(yù)測汽蝕對效率的影響,還可以準(zhǔn)確地預(yù)測汽蝕損害可能發(fā)生的位置,當(dāng)空化效應(yīng)不可忽略時(shí),這一能力對于許多問題都是很重要的。
VOF模型
PumpLinx_3.5版本已推出VOF兩相流數(shù)值模型,并在許多案例中得到成功應(yīng)用。其技術(shù)特點(diǎn)如下:嚴(yán)格遵守質(zhì)量守恒及不可壓縮項(xiàng)的體積守恒,可考慮任意項(xiàng)的可壓/不可壓特性,可采用隱式或顯式時(shí)間格式,具有高分辨率的交互面捕捉方法,內(nèi)置表面張力模型和壁面接觸模型。目前PumpLinx VOF模型已成功應(yīng)用于齒輪箱油液潤滑,油泵自吸,溢流堰流場仿真,潰壩以及攪拌器內(nèi)流場仿真等驗(yàn)證等。結(jié)合PumpLinx的具體應(yīng)用,PumpLinx VOF模型具有如下優(yōu)勢:l可處理具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型
- 可考慮微米間隙問題
- 具備多種類型的網(wǎng)格技術(shù),可針對不同模型采用不同方法劃分網(wǎng)格
- 先進(jìn)的移動(dòng)/滑動(dòng)/變形網(wǎng)格之間的交互面技術(shù)(MGI)
- 可應(yīng)用于多種類型的運(yùn)動(dòng)機(jī)械和閥門
- 可適用于大范圍的動(dòng)壓改變
- l與實(shí)驗(yàn)值具有良好的吻合性
- l合理的計(jì)算時(shí)間,對于復(fù)雜問題亦是如此
- 具有良好的收斂性和穩(wěn)定性
PumpLinx高效的求解器
PumpLinx求解器是在傳統(tǒng)的CFD求解器基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)和改進(jìn),將其最新的數(shù)值技術(shù)與PumpLinx專有算法相結(jié)合,建立了一個(gè)比其它競爭對手更快速、更穩(wěn)健的數(shù)值模擬工具。一般來說,在同等計(jì)算條件下,PumpLinx計(jì)算速度比同類軟件快5倍左右。
作為專業(yè)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD仿真工具,PumpLinx可用于分析以下工程流體問題:
- 內(nèi)流/外流
- 層流/湍流
- 多組分/多相流動(dòng)
- 可壓/不可壓
- 亞音速/超音速
- 穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)
- 導(dǎo)熱/對流傳熱
- 多孔介質(zhì)
- 浮力驅(qū)動(dòng)流(重力效應(yīng))
- 旋轉(zhuǎn)/平動(dòng)等多自由度運(yùn)動(dòng)問題
PumpLinx支持多核并行計(jì)算,以顯著提高其計(jì)算速度,PumpLinx結(jié)合強(qiáng)大的網(wǎng)格技術(shù)、快速的求解功能和并行求解能力,使得PumpLinx可以有效實(shí)現(xiàn)三維系統(tǒng)級的CFD仿真,如PumpLinx已完成曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)仿真、潤滑系統(tǒng)仿真(包含油泵、閥門、管道及其他部件)、冷卻系統(tǒng)仿真等,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的三維系統(tǒng)級仿真,并有效地為客戶解決了實(shí)際問題。
計(jì)算結(jié)果的可靠性
PumpLinx可以精確模擬包括各類泵閥等在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械的空化及超空化流動(dòng)問題。該空化模型已經(jīng)被大量的工程題目所驗(yàn)證,如下圖即為不同流體機(jī)械汽蝕損害區(qū)域模擬與試驗(yàn)的對比情況。
PumpLinx汽蝕損害模擬區(qū)域與試驗(yàn)的對比
PumpLinx的應(yīng)用范圍
PumpLinx適用于所有具有旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng)部件的流體設(shè)備,以及包含空化及自由液面等多相流現(xiàn)象在內(nèi)的工程問題,其典型應(yīng)用包括:
(1)自由液面問題仿真
PumpLinx VOF模型已成功應(yīng)用于水環(huán)泵仿真,齒輪箱油液潤滑,油泵自吸,溢流堰流場仿真,潰壩以及攪拌器內(nèi)流場仿真、船體自由液面仿真應(yīng)用等,可幫助客戶迅速建立VOF求解模型,捕捉氣液相界面,預(yù)測壓力、速度、密度、效率等參數(shù),為工程師優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
齒輪箱油液潤滑 液環(huán)泵數(shù)值仿真
攪拌器數(shù)值仿真
(2)葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械
PumpLinx可應(yīng)用于各種葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械,如離心/混流/軸流式泵和風(fēng)扇、螺旋槳、噴水推進(jìn)器、離心壓縮機(jī)、液力變矩器等。將PumpLinx應(yīng)用于這些葉輪機(jī)械,可獲得不同旋轉(zhuǎn)機(jī)械所關(guān)心的性能參數(shù)和性能曲線從而指導(dǎo)其優(yōu)化設(shè)計(jì),主要包括:葉輪軸向力和徑向力;流量-揚(yáng)程曲線;壓比曲線;效率曲線;出口的壓力脈動(dòng)(瞬態(tài)模擬);汽蝕發(fā)生位置,預(yù)測臨界汽蝕余量;定子和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì);入口和出口通道設(shè)計(jì);葉尖和機(jī)匣間縫隙分析;優(yōu)化性能;降低葉片載荷;降低汽蝕對泵效率的影響,延長泵壽命等。
離心泵壓力分布 帶誘導(dǎo)輪的軸流泵壓力分布和空化
核電用混流泵模擬壓力分布
多級泵模擬
雙吸泵的臨界汽蝕余量預(yù)測
離心壓縮機(jī)馬赫數(shù)分布 離心壓縮機(jī)總壓分布
軸流風(fēng)扇壓力分布 螺旋槳流場仿真
液力變矩器仿真
(3)齒輪泵
PumpLinx內(nèi)置有外嚙合、內(nèi)嚙合、新月形齒輪泵的模板,可直接生成齒輪部分的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,可自動(dòng)考慮齒輪的端面間隙,使模擬結(jié)果與實(shí)際更接近。通過調(diào)用不同的齒輪泵模板,設(shè)置基本的工作參數(shù),即可實(shí)現(xiàn)齒輪泵的非定常仿真,大大降低動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置難度。同時(shí),PumpLinx也能實(shí)現(xiàn)對于變排量齒輪泵的數(shù)值仿真。將PumpLinx應(yīng)用于外齒輪、內(nèi)齒輪、新月形內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn):齒輪設(shè)計(jì);進(jìn)出端口設(shè)計(jì);降低泄漏;降低壓力、流量脈動(dòng)和噪聲;降低汽蝕對泵效的影響,延長泵壽命。
多級外齒輪泵壓力分布 內(nèi)齒輪泵的空化分布
內(nèi)齒輪泵的壓力分布(考慮泄漏)
新月形內(nèi)齒輪泵空化分布 變排量齒輪泵數(shù)值仿真
(4)柱塞泵
將PumpLinx應(yīng)用于柱塞泵設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn):實(shí)現(xiàn)單個(gè)汽缸參數(shù)的瞬態(tài)追蹤,進(jìn)而優(yōu)化單個(gè)汽缸設(shè)計(jì);軸向力和徑向力分析;入口和出口通道設(shè)計(jì);閥片設(shè)計(jì);考慮泄漏時(shí)的影響,降低泄漏;降低壓力、流量脈動(dòng)和噪聲;預(yù)測汽蝕位置,降低汽蝕對泵效的影響,延長泵壽命。
軸向柱塞泵空化及實(shí)驗(yàn)中汽蝕位置
(5)滑片泵
滑片泵空化分布 圓柱滾子式滑片泵壓力分布
PumpLinx內(nèi)置有滑片泵動(dòng)網(wǎng)格模板,可自動(dòng)劃分轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,可考慮微米級別的端面間隙。此外,PumpLinx內(nèi)置有變排量滑片泵模板,可模擬擺動(dòng)式和往復(fù)式變排量滑片泵的內(nèi)部流場,實(shí)現(xiàn)變排量滑片泵的模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)。將PumpLinx應(yīng)用于滑片泵設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn):葉片設(shè)計(jì);進(jìn)口和出口流道設(shè)計(jì);滑片設(shè)計(jì);降低泄漏;降低壓力波和噪聲;降低汽蝕對泵效的影響,延長泵壽命;擺動(dòng)/往復(fù)式變排量泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
變排量滑片泵壓力分布 變排量滑片泵空化分布
(6)閥門仿真應(yīng)用案例
采用PumpLinx對閥門進(jìn)行仿真,可以確定閥門內(nèi)部的流動(dòng)狀況及瞬態(tài)效應(yīng),預(yù)測閥門的瞬態(tài)流量、速度和壓力特性,開啟和關(guān)閉特性,評估閥門的空化、噪聲性能,有針對性地對閥門進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。PumpLinx內(nèi)置閥門模板可適用于球閥、滑閥、旋起式閥門、擺動(dòng)式閥片、蝶閥、門閥、錐閥及各類調(diào)節(jié)閥等。大體可分為兩大類,即往復(fù)式運(yùn)動(dòng)閥門和扭轉(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)閥門,因此適用于絕大多數(shù)的閥門仿真,尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的閥門模型也具有良好的適應(yīng)性。
球閥速度矢量分布 滑閥壓力分布
止回閥速度分布
閘閥空化分布 錐閥壓力分布
排氣閥壓力分布 調(diào)節(jié)閥閥芯壓力分布
多閥門聯(lián)合仿真壓力分布(壓裂泵)
(7)壓縮機(jī)
PumpLinx內(nèi)置有離心壓縮機(jī)、渦旋壓縮機(jī)、滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)、羅茨壓縮機(jī)仿真模板,模板功能將轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分和動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置預(yù)定義在軟件中,可快速完成壓縮機(jī)流場的仿真。此外,PumpLinx還可以處理與壓縮機(jī)匹配的閥片仿真,考慮閥片變形及與壓縮機(jī)的匹配效應(yīng)。將PumpLinx應(yīng)用于壓縮機(jī)的仿真可幫助用戶實(shí)現(xiàn):流場壓力、速度預(yù)測;溫度預(yù)測;流場任一點(diǎn)壓力脈動(dòng)預(yù)測(瞬態(tài)模擬);容積效率預(yù)測;轉(zhuǎn)子和氣缸間隙分析;轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì);進(jìn)出端口設(shè)計(jì);閥片設(shè)計(jì);減振降噪,延長壽命等。
滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)仿真 渦旋壓縮機(jī)仿真
活塞壓縮機(jī)仿真 羅茨壓縮機(jī)仿真
(8)泵閥聯(lián)合
泵閥聯(lián)合仿真是PumpLinx的典型應(yīng)用之一。容積式泵在流體系統(tǒng)里通常是與閥門(球形閥、滑閥等)協(xié)同工作,閥門對泵進(jìn)行配流、調(diào)壓和過載保護(hù)等;泵與閥門之間會相互影響,耦合性較強(qiáng)。如果在進(jìn)行CFD模擬時(shí)只考慮泵的流動(dòng)而不考慮閥門的作用,對最后計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性會有很大影響。
外齒輪泵閥門聯(lián)合仿真 擺線泵閥門聯(lián)合仿真
(9)系統(tǒng)級仿真
作為強(qiáng)大的CFD仿真工具,PumpLinx不僅可以解決包含各種齒輪泵在內(nèi)的復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的CFD問題,同時(shí)還可以解決泵、控制閥門、活塞、接頭、局部損失元件等組成的流體系統(tǒng)的CFD問題,在考察泵閥本身的運(yùn)行特性的同時(shí),還可以充分考察泵與上下游部件之間的相互影響及匹配性,從而為泵、閥門的選型提出指導(dǎo)意見。
調(diào)速油泵及其調(diào)節(jié)回路聯(lián)合仿真
曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)壓力分布
(10)其他
作為專業(yè)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械仿真工具,PumpLinx在運(yùn)動(dòng)機(jī)械領(lǐng)域有著廣泛的適應(yīng)性,同時(shí),由于其具備完備的求解功能,因此對于通用CFD問題同樣適用。
雙螺桿壓縮機(jī)溫度預(yù)測 軌道式擺線泵馬達(dá)數(shù)值仿真
整車空氣動(dòng)力學(xué)仿真 潤滑軸承數(shù)值仿真
單螺桿泵數(shù)值仿真
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