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重力驅(qū)動(dòng)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(dòng)，分析30秒內(nèi)，每個(gè)水箱的液體容積變化。

一維CFD模型示意圖

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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?jī)H輸運(yùn)液體。

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

• 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。

• 管路Tube 輸入?yún)?shù)：長(zhǎng)度，截面形狀，粗糙度。對(duì)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。

• 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。

• 外部邊界條件Plenum輸入?yún)?shù)：靜壓和溫度。

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

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。

? 求解器控制

• 分析時(shí)間：30秒。

• 時(shí)間步長(zhǎng)：0.2秒。

• 初始化類型：User-defined。

• 結(jié)果輸出頻率：1秒。

? Run Model，筆記本計(jì)算時(shí)間1.6秒

? 后處理用Results Table工具查看水箱容積變化曲線

? 數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為Excel

3個(gè)水箱容積隨時(shí)間的變化

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應(yīng)用場(chǎng)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(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)。這套滑油系統(tǒng)要求潤(rùn)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(duì)油路布局和尺寸進(jìn)行多方案的評(píng)估。

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(shì)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(dòng)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。

滑油一維模型

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