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FlowSimulation流体分析基础教程—确定水力损失(一)

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jerry 发表于 2013-10-21 08:49:02
本帖最后由 Ming2013 于 2013-10-27 16:22 编辑

传统上在工程实践中任何管路的压力水头损失可以划分为两个部分:沿程阻力损失和局部阻力损失,诸如弯头,T形管,变径,阀门,风门等。这些水利损失的累加就成为管路总的水利损失。通常情况下,由于基于理论和实践研究所得出的公式相对简单,所以在工程实践方面确定管子中的沿程阻力损失不是很困难。比较麻烦的问题是局部阻力 损失(或者称为局部压降 )。 这方面通常只有实验的数据才是可靠的,这主要是由它们自身特性限制所造成的,特别是分析的管子和装置形状剧烈变化时,这个问题更为突出,另外内部复杂的流动状态也会造成类似的问题。EFD.Lab 提供了一种新的方法来确定这种局部阻力,可以以比较高的精度来计算测管子系统内局部阻力。


    复制 Tutorial 1 - Hydraulic Loss 文件夹到你的工作目录,此外由于 程序在运行时会对其输入的数据进行存储,所以必须确保文件处于非只读状态。运行 EFD.Lab。


    点击 File,Open。在 Open 对话框,浏览 Tutorial 1 - Hydraulic Loss 文件夹并且找到 Valve.SLDPRT点击 Open (或者双击这个零件)。
   
模型描述
   
    这是一个球阀,通过旋转把手可以开启或关闭阀门。
   
    安装在管路系统中球阀产生的局部阻力损失随着阀门的开度或最小流动面积变化。其中后一项也随着球阀的几何参数变化,球和管子的直径比控制着把手的角度。


   
    工程上标准的确定局部阻力损失的方法是通过计算流体的某一局部(我们的例子中是球阀)上下游的压力差,下游处的位置是流动再次变的均匀处(不再受到干扰)。为了得到局部阻力损失,所以沿程阻力损失必须从直管段总阻力损失中扣除。


   
    在这个例子中我们将获得球阀开度为40°时的局部压力损失。这个Valve是一个典型的 内部分析。
   
    内部流动分析处理管子,箱体,HVAC 等系统内部的流动。流体在入口处进入模型,在出口处离开模型。
   
    为了进行内部流动分析,模型中所有的开口必须用盖子封闭,所以我们必须还在那里定义它们的进出口边界条件。在所有的例子中,充满流体的模型内部空间必须完全封闭。你只要创建盖子就可以作为开口覆盖物。在这个例子中盖子是半透明的,从而可以方便观察阀门。
   
    为了确保模型完全封闭,点击 Flow Analysis, Tools,  Check Geometry。接着点击 Check 计算模型流体的体积。如果流体体积等于0,则这个模型不封闭。关闭Check Geometry 对话框。


   
    Check Geometry 工具允许你计算总的流体和固体体积,当模型独立时通过检查实体来判断可能存在的几何问题(例如,线接触) 和可视化流体区域和实体。
   
创建项目
   
    1. 点击 Flow Analysis, Project,Wizard。项目向导会指导你完全定义一个新的EFD.Lab 项目。
   
    2. 在 Project Configuration 对话框,点击 Use current。每一个 EFD.Pro项目都与模型有关。
   
    点击 Next


   
    3. 在 Unit System 对话框你可以对输入和输出(结果)选择合适的单位系统。对于这个项目使用默认的国际单位制SI 。
   
    点击 Next


   
    4. 在分析类型对话框你可以选择 Internal External 流动分析类型。
   
    为了忽略没有包含在内部分析中的封闭内部空间,你可以选择 Exclude cavities without flow conditions。
   
    Reference axis of the global coordinate system (X, Y 或 Z) 用于在表格中定义数据和基于这个轴形成圆柱坐标系。 这一对话框允许你定义一些更为高级的物理特性(固体导热,重力效应, 瞬态问题, 表面辐射,旋转)。 定义 Internal 类型并且接受其它的默认设置。
   
    点击 Next


   
    5. 因为我们在这个项目中使用水作为流体,打开 Liquids 文件夹并且双击 Water项。
   
    工程数据库 其中包含了大量的气体,液体和固体以及辐射表面的物理数据信息。你也可以使用 Engineering Database 去定义一个多孔介质。这个 Engineering Database 包含了预先定义的单位系统。除此之外还包括了体积或质量流量与静压差存在对应关系的风机特性曲线。你也可以自己创建你自己的物体,单位,风机特性曲线或定义一个自定义的参数。
   
    点击 Next


   
    6. 由于我们不想计算固体内部的导热, 在 Wall Conditions 对话框你可以定义应用的壁面边界条件,默认情况下所有的模型壁面都与流体相接触。
   
    对于这个例子接受默认的 Adiabatic wall 特性,表明所有的模型壁面都是绝热的。
   
    另外在这个项目中我们将不考虑壁面粗糙度。

    点击 Next


   
    7. 在 Initial Conditions 对话框定义流动参数的初始值。对于稳态内部问题,这个初始值越接近实际的流场值,这个计算花费的时间越短。
   
    对于稳态问题 程序 直到求解收敛才停止迭代。对于非稳态(瞬态,或随时间变化)问题 程序 在你指定的时间段进行计算。
   
    对于这个项目使用默认值。 点击 Next


   
    8. 在 Results and Geometry Resolution对话框你可以控制分析的精度和网格的设置,以及所需要的计算机资源 (CPU 时间和内存)。
   
    对于这个项目接受默认的精度level 3。

分页


   
    Result Resolution 通过网格设置和完成计算条件来控制求解的精度,其中计算值可以通过计算结果内插得到。
   
    越高的结果定义,需要越精细的网格和更为严格的收敛标准。同时更高精度的计算结果对计算机的性能要求(CPU 和 内存)也更高。
   
    几何定义 (定义最小缝隙尺寸和最小壁面厚度)通过计算的网格来控制合适的几何模型特征状况。通常情况下越精细的几何状况要求更多的计算机资源。
   
    勾选 Manual specification of minimum gap size并且输入 0.04 m( 最小流动通道)。
   
使用整个模型的特征尺寸,计算域,和你定义的目标和边界条件等信息来计算默认的最小间隙尺寸和最小壁面厚度。然而,这些信息可能无法很好的识别相对较小的缝隙和模型中薄的壁面。这可能会导致不精确的计算结果。在这时候,这个最小间隙尺寸和最小壁面厚度必须被手动设定。
   
    点击 Finish


   
    Analysis tree 分析树提供了方便定义项目数据和观察结果的方式。你也可以使用分析树去修改或删除各种特性。 与此同时,一个线框形式的计算域出现在图形窗口中。
   
    Computational Domain 是一个长方体,其中包含的空间内将会进行流动和热交换的计算。


   
    下一步是定义 Boundary Conditions。边界条件在内部流动分析时是用于定义流体在模型进出口的特性,在外部流动时用于定义模型表面。
   
定义边界条件
   
    1. 点击 Flow Analysis,Insert, Boundary Condition


   
    2. 选择Inlet Lid的内表面 (与流体接触侧)。它将出现在 Faces to apply the boundary condition 列表中。
   
    3. 在 Type of boundary condition 列表,选择 Inlet Velocity 项,并且点 Settings 页。
   
    4. 双击 Velocity normal to face 空白框并且设置为 1 m/s (值的类型和单位会自动出现)。
   
    5. 接受其他的参数并且点击OK


   
    这个进行仿真的水进入阀门时候的速度为1.0 m/s。
   
    6. 选择Outlet Lid的内表面。
   
    7. 在图形区域,右击模型的外部并且选择 Insert Boundary Condition。这个 Boundary Condition 对话框出现,选择的面出现在 Faces to apply the boundary condition 列表。


   
    在计算之前,程序检查定义的边界条件是否满足质量守恒。如果在入口处的质量流量不等于出口处的总质量流量则这个边界条件的定义是错误的。在这种时候不能开始计算。同时注意,从开口处定义的流速和体积流量将会重新计算质量。为了避免由于定义边界条件出现问题,我们推荐你至少定义一个压力边界条件,因为在压力开口处会自动计算满足质量守恒定律的质量流量。
   
    8. 点击 Pressure openings 并且在Type of boundary condition 列表中选择 Static Pressure 项。
   
    9. 接受 Static pressure (101325 Pa) Temperature(293.2 K) 的默认值和所有的其他参数。
   
    10. 点击 OK


   
    通过定义这个边界条件我们定义了在阀门管道出口处,水的压力为一个大气压。
   
    依据下式进出口的压力损失可以通过进出口的总压差来确定。


   
    此处是水的密度,V 是水的流速。因为我们已经知道了水的流速 (我们定义了 1 m/s)和水的密度 (998.1934 kg/m3 在定义温度293.2 K 情况下), 之后我们的目标是要确定在阀门进出口的总压值。寻找感兴趣参数最为方便有效的方法是定义它为相应的工程目标。
   
定义表面目标
   
    1. 在 EFD.Lab 分析树中,右击 Goals 图标并且选择 Insert Surface Goals
   
    2. 选择入口和出口盖子的内表面 ( 通过点击EFD.Lab 分析树中相应的边界可以很方便的做到这一点)。


   
    3. 勾选 Create a separate goal for each surface 以便创建两个目标。(注意为两个面创建表面目标,有重复选择的面需剔除)
   
    4. 在Parameter 表格的Total Pressure 行勾选 Av


   
    5. 接受勾选 Use for Conv ,用于创建收敛的控制。
   
    6. 点击 OK 。新的 SG Av Total Pressure 1 SG Av Total Pressure 2 项出现在分析树中。
   
    现在项目可以进行计算了。当稳态情况下在阀门进出口的总压平均值完成收敛,这个计算将停止。


sgsuperman 发表于 2013-10-21 11:16:56
本帖最后由 Ming2013 于 2013-10-27 16:21 编辑

很好
guanyanbo 发表于 2013-11-26 21:15:35
谢谢分享!
qw_wp 发表于 2014-1-20 14:26:17
学习学习.....
wrlyly 发表于 2014-2-4 08:55:42
楼主字体太小了,看得费劲
wrlyly 发表于 2014-2-4 10:17:21
不考虑壁面粗糙度,那误差会有多大呢?实际情况下管道内壁都不太光滑呀
gekairui 发表于 2014-4-2 23:52:51
好东西,谢谢
schulton 发表于 2017-8-20 17:23:30
需仔细学习
daeshen 发表于 2019-2-16 14:53:01
您好,这个公式算出来的是不是水力损失系数啊,不是水力损失吧?求指导

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