瞬态CFD仿真分析在泵压差流量计算中的应用

瞬态Ｃ　ＦＤ仿真分析在泵压差流量　计算中的应用　撰文／达索析统（上海）信息技术有限公司彭军张俊　一、引言　于泵体的实际结构：对有些常规泵体可能计算结果比较准　对于泵阀类产品的ＣＦＤ分析，常规的仿真分析方法通常　确，但对部分结构较为复杂、内部流动不稳定的泵体，分析　使用稳态内流场ＣＦＤ分析，但是这种分析技术结果往往依赖　结果很容易失真，仿真结果数据会严重偏离实验数据。　Ｌｏａｄ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　８．４６ｅ＋ｕｕ６进行精整、机械加工后，获得合格零件，如图１０所示。　ＹＬｏａｄ（Ｎ）　六、结语　（１）基于ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ模拟研究了入模角对装载机用滚　柱式超越离合器内星轮成形性能的影响，结果表明，随入模　角的增大，内星轮的成形性能增强，先挤出部位的凸起消　失，成形过程中的等效应力增大，入模角度为ｌ　５Ｏ。时，综　合成形性能最好。　（２）基于ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ研究了毛坯直径对装载机用滚柱　式超越离合器内星轮成形性能的影响，结果表明，随毛坯直　径的增大，内星轮的成形性能增强，齿腔的充填效果增强，　图９凸模压力变化曲线　但成形过程中的等效应力急剧上升，当毛坯直径为１　２５ｍｍ　时，综合成形性能最好。　（３）模拟结果显示当入模角为１　５０。，毛坯直径为　ｌ２５ｍｍ时，内星轮的成形性能最好，经实践验证，生产出的　样品尺寸精度良好，该新工艺具有优质高效节约材料与能量　的特点，适用于内星轮的精密成形。　图１０试生产样品　＿　仿真…　…　…　愀　本文根据泵体的实验实测数据，使用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　Ｆｌｏｗ　转区域，如图３所示。设定的流体是水，环境温度和压力均　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ进行了大量仿真计算和数据分析，提出了使用瞬　为常温常压。不考虑模型壁面粗糙度的影响。　态内流场分析来进行泵体的流场分析的方法。该方法操作简　单，针对压差一流量曲线的数据点，一次ＣＦＤ仿真可以计算　全部数据点。　二、泵模型组成　该泵是一个常规的泵体模型，包含入口管段和出口管　段，中间部分为叶轮，其结构剖视图如图１所示。　出口端　圈　三、实验数据　对该泵体进行流量与压差测试（具体测试方法见ＧＢ／Ｔ　１８１４９—２０００），得到如表所示实验数据，其中ｄＰＯ为出口端　总压与入口端总压之差，Ｏ为流量。对应压差一流量的曲线　如图２所示。　表压差一流量数据　２旋转区域设定　使用局部旋转区域，设定旋转角速度１４９０ＲＰＭ。　３迫界条件设定　（１）入口端边界条件。设置入口端边界为质量流量　　ｄ　Ｐｆ１．ＭＰａ　０　５５９５ｌＩ１＿５３５８　１）．５２６２　Ｉ（）５１２３　１　０　４９　　１０．４６２３　０．４４８５　（）４３３５　ｆ１＿４２６７　（）４１８３　在相关性选项，选择与时间相关的曲线输入。Ｑ，ｍ　／ｈ　０　ｊ　２９３　６　４５１　９　Ｉ　６ｆ）６．４｝７３９　８　８８７　６　９３９　４　９８６　３　１ｆｌ（１７　１０３０　（２）出口端边界条件。出口端边界条件设定为环境压力。　在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　Ｆｌｏｗ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ中采用稳态分析方法，　（３）真实壁面设定。为保证仿真的真实和准确性，针　与该实验数据进行对比，发现在有些数据点存在非常大的差　对旋转叶轮部分，设定如图６所示的真实壁面条件。　异。因此，稳态ＣＦＤ分析可能不适用于该模型。　五、结果分析　四、瞬态ＣＦＤ仿真分析相关设定　ｌ　、、ｌｌ　｛＼＼Ｌ¨ｋ、　”、、ｌ　１１１Ｉ】１．ｔ［Ｉ‘、¨ｔ婆羔最　乏　（１）结果云图及网格如图７～图９所示。　（２）压差流量曲线。本模型分析中，采用多个模型进　使用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　Ｆｌｏｗ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ的向导功能，建立瞬态　行对比和校核修正，最后提取压差流量仿真分析数据并与实　内流场分析，瞬态分析时间周期设定为３０ｓ，并选择局部旋　验数据进行对比。仿真分析结果与实验结果吻合非常好，二　４８　ｃＡＤ／ｃＡＭ与制造业信息化　＂ＢＨ＂¨＊”　＊”　＂¨”Ｈ¨　Ⅲ　ｍ　ⅫｌＭ　１ｍ　州‘，ｎ・－●＿ｒ●ｔ．．●　图６真实壁面条件设定　图１０仿真与实验结果数据对比曲线　者偏差不超过５％，如图１０所示。￣ａｏｒｉｇｉｎａｌ　ｍｏｄｅ］是未做　修正的原始模型分析结果，ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｍｏｄｅ］是修正泵体结构　底部空间的结果，如考虑电机轴等的空间，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ￣　验结果曲线。　六、结语　通过比较稳态分析和瞬态分析的结果，并与实验结果　数据进行比较，发现稳态分析结果在局部数据点存在较大偏　差，因此采用了瞬态ＣＦＤ分析。在边界条件中考虑流量曲线　图７静压结果云图显示　的数据点设定，￣ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　Ｆｌｏｗ　Ｓ１ｍｕ］ａｔ｛ｏｎ中一个模型即　可计算出结果。对比仿真结果数据和实验数据，发现二者吻　合非常好，偏差非常小。瞬态ＣＦＤ分析应用在泵的压差一流　量分析计算中，是一种很好的方法。豫　图８叶轮静压结果云图显示　图９速度结果云图显示　２０１４年第１Ｏ期４９