【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案

2017-03-31 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD界的扛把子又來了,這一次的干貨是冷卻水泵的PumpLinx案例應(yīng)用,出來混,遲早都是要學(xué)會(huì)的。做仿真嘛,最重要的是選對(duì)軟件!老司機(jī)都來了,還不快上車。

1. 冷卻水泵小科普

冷卻水泵適用于高壓運(yùn)行系統(tǒng)中輸送清水或物理化學(xué)性質(zhì)的液體,如高層建筑給水、鍋爐給水、暖通制冷循環(huán)等冷暖水循環(huán)增壓及設(shè)備配套,消防系統(tǒng)等輸送或管道增壓之用。作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)必不可少的附件,冷卻水泵更是普遍應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)之中,通過將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中的熱水泵出至散熱器帶走熱量,同時(shí)將冷水泵進(jìn),不斷循環(huán)散熱。

2. PumpLinx看家本領(lǐng)

PumpLInx作為專業(yè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD仿真軟件,對(duì)于泵閥類運(yùn)動(dòng)機(jī)械具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

網(wǎng)格優(yōu)勢(shì):PumpLinx內(nèi)置專業(yè)的模板網(wǎng)格,可完成低至幾十微米量級(jí)的間隙網(wǎng)格;除此之外,PumpLinx基于CAB算法的笛卡爾網(wǎng)格,劃分速度快、精度高、網(wǎng)格數(shù)量少,結(jié)合PunmLinx高效的求解器,可快速完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)械仿真。老板再也不用擔(dān)心我網(wǎng)格生成問題啦。
模塊優(yōu)勢(shì):PumpLinx內(nèi)置多種專業(yè)模塊,包括各種泵模塊、閥模塊、壓縮機(jī)模塊和一些典型的運(yùn)動(dòng)機(jī)械模塊等,可實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格設(shè)置等工作。分分鐘即可搞定高質(zhì)量網(wǎng)格和動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置問題,再也不用擔(dān)心各種代碼的開發(fā)啦。
模型優(yōu)勢(shì):PumpLinx內(nèi)置獨(dú)一無二的空化模型,收斂性好,穩(wěn)定性高,且計(jì)算結(jié)果已得到眾多實(shí)例驗(yàn)證。PumpLinx一算一個(gè)準(zhǔn),不曾看走眼!
計(jì)算優(yōu)勢(shì):作為泵閥類運(yùn)動(dòng)機(jī)械的專業(yè)CFD仿真軟件,PumpLinx計(jì)算設(shè)置簡便,計(jì)算效率極高,計(jì)算結(jié)果可靠,誰用誰知道,半小時(shí)算一個(gè)水泵工況絕不是吹牛。(PumpLinx內(nèi)心os:除我之外,沒人能在我的BGM中取得勝利)

畢竟,扛把子的稱號(hào)不是浪得虛名的,混跡CFD江湖多年,技多不壓身。

3.干貨來了——冷卻水泵應(yīng)用案例

[敲黑板],咳咳~~對(duì)于案例介紹,我是認(rèn)真的[嚴(yán)肅臉]。

本案例用冷卻水泵為大眾汽車所用水泵,通過運(yùn)用PumpLinx對(duì)該冷卻水泵進(jìn)行數(shù)值仿真,并將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了PumpLinx仿真結(jié)果的可靠性。本案例的亮點(diǎn)還不僅在于準(zhǔn),更重要的是速度,一天之內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)下述所有內(nèi)容的分析。

3.1 模型簡介

如圖為提取的冷卻水泵,大致可分為以下幾部分:進(jìn)口部分、轉(zhuǎn)子部分、出口部分。對(duì)該流體域模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,采用PumpLinx內(nèi)置的基于二叉樹算法的笛卡爾網(wǎng)格技術(shù)生成,網(wǎng)格總數(shù)為436644。(所用時(shí)間約5分鐘)

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案cae-pumplinx圖片1

圖 1 冷卻水泵流體域模型

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案cae-pumplinx圖片2

圖 2 冷卻水泵流體域及葉片網(wǎng)格

3.2 參數(shù)設(shè)置

對(duì)該冷卻水泵,在模型設(shè)置方面,

調(diào)用模板有離心泵模板、空化模型和湍流模型(K-e模型)。在離心泵模板中,設(shè)置其轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)中心。邊界條件和流體介質(zhì)設(shè)置如表1、表2所示。(所用時(shí)間約3分鐘)

表1 冷卻水泵邊界條件設(shè)置

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案cae-pumplinx圖片3

表2 流體屬性設(shè)置

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案cae-pumplinx圖片4

3.3 數(shù)值計(jì)算

針對(duì)本案例,為了更快地獲得收斂性好,計(jì)算可靠的結(jié)果,在數(shù)值方法(Numeric Scheme)的設(shè)置上,對(duì)速度首先采用一階格式,待計(jì)算收斂后,將其改換為二階迎風(fēng)格式,直至計(jì)算穩(wěn)定即可。(每個(gè)工況計(jì)算收斂時(shí)間30分鐘以內(nèi))

3.4結(jié)果分析

對(duì)該冷卻水泵分析了1000rpm、3000rpm、5000rpm、7000rpm共四個(gè)工況下的結(jié)果,并將PumpLinx預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比,吻合度較好,驗(yàn)證了PumpLinx結(jié)果的可靠性。

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案cae-pumplinx圖片5

圖3 揚(yáng)程-轉(zhuǎn)速結(jié)果對(duì)比

1000rpm工況下的相關(guān)仿真結(jié)果如下。

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片6

圖 4 冷卻水泵流域壓力分布(1000rpm)

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片7

圖 5 葉輪流域壓力分布(1000rpm)

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片8

圖6 典型截面速度矢量分布(1000rpm)

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片9

圖 7 冷卻水泵流域流線圖(1000rpm)

【技術(shù)分享】PumpLinx高效快速的冷卻水泵解決方案Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片10

圖 8 空化氣體分?jǐn)?shù)分布(1000rpm)

3.5 仿真總結(jié)

利用PumpLinx軟件對(duì)冷卻水泵進(jìn)行數(shù)值仿真,操作簡單,軟件自帶劃分網(wǎng)格功能,且網(wǎng)格質(zhì)量好;計(jì)算效率高,從劃分網(wǎng)格、設(shè)置計(jì)算條件和進(jìn)行仿真并獲得收斂結(jié)果,一個(gè)工況的時(shí)間在四十分鐘左右(曹操內(nèi)心os:什么?比我還快!),一個(gè)工作日即可完成水泵的性能特性曲線預(yù)測(cè);預(yù)測(cè)結(jié)果可靠,將所得預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),通過PumpLinx仿真所得結(jié)果具有很好的精度。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才