搜索PumpLinx專業強大的泵結構（旋轉機械）CFD分析軟件
2016-05-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
軟件介紹
PumpLinx的核心部分是一個功能強大的CFD求解器,可求解包括可壓縮/不可壓縮流體流動的傳熱、傳質、湍流、空化等物理現象。在求解器基礎上,PumpLinx提供了多種運動機械模板,用于完成不同運動機械的網格生成、參數設置、非定常計算中動網格設置以及后處理數據自動采集等多項專用功能。它的目標是成為工程師最有力的數值模擬工具,幫助工程師更好的設計泵、閥、壓縮機、風扇、螺旋漿等運動機械及其相關的流體系統。
PumpLinx專業的泵閥模板
PumpLinx作為專業的運動機械CFD仿真軟件,具備眾多的專業運動機械模板,可快速完成不同運動機械模型設置。模板將泵閥等運動機械CFD模擬的流程和規范內置到PumpLinx軟件中,使CFD模擬的設置簡單化,同時保證了計算結果的可靠性。模板的主要特點和功能如下:
? 覆蓋絕大多數的運動機械,如不同結構類型的泵閥以及其他運動機械等。
? 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、擺線內齒輪、滑片泵等)運動區域的高質量網格,大大降低前處理的技術難度。
? 可指導用戶設置不同類型泵閥仿真的動網格、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等不同運動機械仿真的關注點自動設置合理的后處理結果輸出。
PumpLinx可以求解比其它商用軟件更多類型的泵閥等運動機械,PumpLinx當前包含以下設計模板:
PumpLinx類型眾多的運動機械模板
PumpLinx獨特的專有網格技術
高度自適應的二叉樹笛卡爾網格技術:PumpLinx包括一個自動化的笛卡爾網格生成器,它可以便利的生成CFD求解器可以高效求解的高質量網格。這個網格生成器采用專有的幾何等角自適應二元樹(geometry Conformal Adaptative Binary-tree)算法,既CAB算法,CAB算法在由封閉表面構成的體域生成迪卡爾網格。在靠近幾何邊界,CAB自動調整網格來適應幾何曲面和幾何邊界線。為了適應關鍵性的幾何特征,CAB通過不斷的分裂網格來自動的調整網格大小,這是利用最小的網格分辨細節特征的最有效方法。
PumpLinx通用笛卡爾網格技術
PumpLinx的通用笛卡爾網格技術特點如下:
自動、快速的網格生成:用戶選擇一組封閉表面,點擊一個按鈕,網格完全自動的生成。對于大多數工程問題,可以在幾分鐘之內完成網格劃分。
精確的表達原始幾何:創建與曲面形狀相匹配的網格,可以保證準確表達重要幾何特征。CAB也可以自動的增加網格密度來更好的分辨幾何特征,用戶可以直接設置曲面的網格密度來直接控制網格質量。
高質量/高效率的網格:CAB通常生成更適合于高精度算法的迪卡爾六面體網格。對于同樣的精度水平,與四面體網格相比數量更少。
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。對于多數情況,CAB基于“爛”幾何可以生成合理的網格,而精度損失是可以忽略的,從而獲得有意義的模擬結果。
- PumpLinx運動機械模板網格技術:針對不同的運動機械模型,提供了一個模板化的網格生成器,通過一鍵式的操作專門生成泵閥等運動機械轉子部分的結構網格。
- PumpLinx通用模板網格技術:PumpLinx內置通用的網格模板技術,可參數化生成棱柱體、六面體、圓柱體等的結構化網格,特別適用于某些特定結構的幾何模型網格生成,在生成方式、操作步驟和網格精度上都更簡潔、快速和優良。
由此可見,PumpLinx網格生成方式多樣,技術優良,針對不同的結構特征可采用不同的網格生成方法,從而有效地提高網格生成速度、降低網格數量、提高網格質量。
PumpLinx運動機械網格模板技術 PumpLinx通用模板網格技術
PumpLinx穩健而精確的多相流技術
全空化模型
PumpLinx擁有工業界獨一無二的空化(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態過程,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和凝結過程。對于非凝結氣,PumpLinx也提供了不同的子模型供用戶選擇,如固定氣體質量分數、可變氣體質量分數等。
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確地預測汽蝕對效率的影響,還可以準確地預測汽蝕損害可能發生的位置,當空化效應不可忽略時,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兩相流數值模型,并在許多案例中得到成功應用。其技術特點如下:嚴格遵守質量守恒及不可壓縮項的體積守恒,可考慮任意項的可壓/不可壓特性,可采用隱式或顯式時間格式,具有高分辨率的交互面捕捉方法,內置表面張力模型和壁面接觸模型。目前PumpLinx VOF模型已成功應用于齒輪箱油液潤滑,油泵自吸,溢流堰流場仿真,潰壩以及攪拌器內流場仿真等驗證等。結合PumpLinx的具體應用,PumpLinx VOF模型具有如下優勢:l可處理具有復雜結構的模型
- 可考慮微米間隙問題
- 具備多種類型的網格技術,可針對不同模型采用不同方法劃分網格
- 先進的移動/滑動/變形網格之間的交互面技術(MGI)
- 可應用于多種類型的運動機械和閥門
- 可適用于大范圍的動壓改變
- l與實驗值具有良好的吻合性
- l合理的計算時間,對于復雜問題亦是如此
- 具有良好的收斂性和穩定性
PumpLinx高效的求解器
PumpLinx求解器是在傳統的CFD求解器基礎上進行開發和改進,將其最新的數值技術與PumpLinx專有算法相結合,建立了一個比其它競爭對手更快速、更穩健的數值模擬工具。一般來說,在同等計算條件下,PumpLinx計算速度比同類軟件快5倍左右。
作為專業的運動機械CFD仿真工具,PumpLinx可用于分析以下工程流體問題:
- 內流/外流
- 層流/湍流
- 多組分/多相流動
- 可壓/不可壓
- 亞音速/超音速
- 穩態/瞬態
- 導熱/對流傳熱
- 多孔介質
- 浮力驅動流(重力效應)
- 旋轉/平動等多自由度運動問題
PumpLinx支持多核并行計算,以顯著提高其計算速度,PumpLinx結合強大的網格技術、快速的求解功能和并行求解能力,使得PumpLinx可以有效實現三維系統級的CFD仿真,如PumpLinx已完成曲軸箱通風系統仿真、潤滑系統仿真(包含油泵、閥門、管道及其他部件)、冷卻系統仿真等,實現了真正意義上的三維系統級仿真,并有效地為客戶解決了實際問題。
計算結果的可靠性
PumpLinx可以精確模擬包括各類泵閥等在內的運動機械的空化及超空化流動問題。該空化模型已經被大量的工程題目所驗證,如下圖即為不同流體機械汽蝕損害區域模擬與試驗的對比情況。
PumpLinx汽蝕損害模擬區域與試驗的對比
PumpLinx的應用范圍
PumpLinx適用于所有具有旋轉或滑動部件的流體設備,以及包含空化及自由液面等多相流現象在內的工程問題,其典型應用包括:
(1)自由液面問題仿真
PumpLinx VOF模型已成功應用于水環泵仿真,齒輪箱油液潤滑,油泵自吸,溢流堰流場仿真,潰壩以及攪拌器內流場仿真、船體自由液面仿真應用等,可幫助客戶迅速建立VOF求解模型,捕捉氣液相界面,預測壓力、速度、密度、效率等參數,為工程師優化設計提供指導。
齒輪箱油液潤滑 液環泵數值仿真
攪拌器數值仿真
(2)葉片式旋轉機械
PumpLinx可應用于各種葉片式旋轉機械,如離心/混流/軸流式泵和風扇、螺旋槳、噴水推進器、離心壓縮機、液力變矩器等。將PumpLinx應用于這些葉輪機械,可獲得不同旋轉機械所關心的性能參數和性能曲線從而指導其優化設計,主要包括:葉輪軸向力和徑向力;流量-揚程曲線;壓比曲線;效率曲線;出口的壓力脈動(瞬態模擬);汽蝕發生位置,預測臨界汽蝕余量;定子和轉子設計;入口和出口通道設計;葉尖和機匣間縫隙分析;優化性能;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測
離心壓縮機馬赫數分布 離心壓縮機總壓分布
軸流風扇壓力分布 螺旋槳流場仿真
液力變矩器仿真
(3)齒輪泵
PumpLinx內置有外嚙合、內嚙合、新月形齒輪泵的模板,可直接生成齒輪部分的結構網格,可自動考慮齒輪的端面間隙,使模擬結果與實際更接近。通過調用不同的齒輪泵模板,設置基本的工作參數,即可實現齒輪泵的非定常仿真,大大降低動網格設置難度。同時,PumpLinx也能實現對于變排量齒輪泵的數值仿真。將PumpLinx應用于外齒輪、內齒輪、新月形內齒輪設計可以實現:齒輪設計;進出端口設計;降低泄漏;降低壓力、流量脈動和噪聲;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 內齒輪泵的空化分布
內齒輪泵的壓力分布(考慮泄漏)
新月形內齒輪泵空化分布 變排量齒輪泵數值仿真
(4)柱塞泵
將PumpLinx應用于柱塞泵設計可以實現:實現單個汽缸參數的瞬態追蹤,進而優化單個汽缸設計;軸向力和徑向力分析;入口和出口通道設計;閥片設計;考慮泄漏時的影響,降低泄漏;降低壓力、流量脈動和噪聲;預測汽蝕位置,降低汽蝕對泵效的影響,延長泵壽命。
軸向柱塞泵空化及實驗中汽蝕位置
(5)滑片泵
滑片泵空化分布 圓柱滾子式滑片泵壓力分布
PumpLinx內置有滑片泵動網格模板,可自動劃分轉子部分的結構網格,可考慮微米級別的端面間隙。此外,PumpLinx內置有變排量滑片泵模板,可模擬擺動式和往復式變排量滑片泵的內部流場,實現變排量滑片泵的模擬和優化設計。將PumpLinx應用于滑片泵設計可以實現:葉片設計;進口和出口流道設計;滑片設計;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/往復式變排量泵的優化設計。
變排量滑片泵壓力分布 變排量滑片泵空化分布
(6)閥門仿真應用案例
采用PumpLinx對閥門進行仿真,可以確定閥門內部的流動狀況及瞬態效應,預測閥門的瞬態流量、速度和壓力特性,開啟和關閉特性,評估閥門的空化、噪聲性能,有針對性地對閥門進行結構優化。PumpLinx內置閥門模板可適用于球閥、滑閥、旋起式閥門、擺動式閥片、蝶閥、門閥、錐閥及各類調節閥等。大體可分為兩大類,即往復式運動閥門和扭轉式運動閥門,因此適用于絕大多數的閥門仿真,尤其對于結構復雜的閥門模型也具有良好的適應性。
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 調節閥閥芯壓力分布
多閥門聯合仿真壓力分布(壓裂泵)
(7)壓縮機
PumpLinx內置有離心壓縮機、渦旋壓縮機、滾動活塞壓縮機、羅茨壓縮機仿真模板,模板功能將轉子部分的結構網格劃分和動網格設置預定義在軟件中,可快速完成壓縮機流場的仿真。此外,PumpLinx還可以處理與壓縮機匹配的閥片仿真,考慮閥片變形及與壓縮機的匹配效應。將PumpLinx應用于壓縮機的仿真可幫助用戶實現:流場壓力、速度預測;溫度預測;流場任一點壓力脈動預測(瞬態模擬);容積效率預測;轉子和氣缸間隙分析;轉子設計;進出端口設計;閥片設計;減振降噪,延長壽命等。
滾動活塞壓縮機仿真 渦旋壓縮機仿真
活塞壓縮機仿真 羅茨壓縮機仿真
(8)泵閥聯合
泵閥聯合仿真是PumpLinx的典型應用之一。容積式泵在流體系統里通常是與閥門(球形閥、滑閥等)協同工作,閥門對泵進行配流、調壓和過載保護等;泵與閥門之間會相互影響,耦合性較強。如果在進行CFD模擬時只考慮泵的流動而不考慮閥門的作用,對最后計算結果的準確性會有很大影響。
外齒輪泵閥門聯合仿真 擺線泵閥門聯合仿真
(9)系統級仿真
作為強大的CFD仿真工具,PumpLinx不僅可以解決包含各種齒輪泵在內的復雜的旋轉機械的CFD問題,同時還可以解決泵、控制閥門、活塞、接頭、局部損失元件等組成的流體系統的CFD問題,在考察泵閥本身的運行特性的同時,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意見。
調速油泵及其調節回路聯合仿真
曲軸箱通風系統壓力分布
(10)其他
作為專業的運動機械仿真工具,PumpLinx在運動機械領域有著廣泛的適應性,同時,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。
雙螺桿壓縮機溫度預測 軌道式擺線泵馬達數值仿真
整車空氣動力學仿真 潤滑軸承數值仿真
單螺桿泵數值仿真
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