基于动网格和UDF技术的气缸动态特性研究
基于Fluent高压气动驱动系统的仿真研究
基于Fluent高压气动驱动系统的仿真研究董岱;李小宁【摘要】为获得某高压气动负载驱动系统的驱动特性,建立其包含储气瓶、控制阀和气缸进气腔的三维模型,基于流场仿真软件Fluent平台,运用动网格技术和UDF实现了该驱动系统的动态仿真,得到三维流场压力、速度等随时间变化和气缸活塞的运动特性.通过改变系统参数,分析了驱动系统的负载驱动特性随储气瓶初始压力、控制阀通径和气缸缸径的变化规律,为驱动系统的设计提供了参考依据.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P76-79)【关键词】Fluent;仿真;动网格;UDF;高压驱动系统【作者】董岱;李小宁【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH138引言某高压气动驱动系统主要由储气瓶、控制阀、驱动气缸和负载组成，通过一定压力的压缩空气驱动气缸最终实现负载的高速驱动。
需对该驱动系统进行仿真研究，以获得系统负载驱动特性，为驱动系统的设计提供参考。
目前，对以上气动驱动系统仿真多采用集中参数方法，但该方法忽略了系统内部结构对气体流动的影响，往往误差较大；随着计算机技术的发展，CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)技术已经逐步成为流场仿真分析的重要手段[1]，运用CFD软件对气动元件流场仿真已有较多研究[2-6]。
本研究以Fluent软件为平台，建立了包括储气罐、控制阀和气缸进气腔等在内的驱动系统三维模型，运用动网格技术对驱动系统进行数值仿真，得到系统的负载驱动特性。
1 驱动系统原理驱动系统的组成如图1所示。
驱动系统主要包括储气罐、控制阀、驱动气缸、连接管路和负载。
其工作原理为：储气瓶内存储一定压力的压缩空气气体，通过控制阀来控制气瓶向气缸进气腔充气，通过气缸驱动负载，最终实现负载的高速运动；气缸的排气口被关闭，用于气缸运动末端的缓冲。
基于fluent动网格的煤矿采空区三带动态特性模拟技术
P.2数值 结果
P.2.1稳态结果 动网格方法的
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格技术可以更接近采空区的真实情况，动态模拟结果能够为研究采空区三带分布结果提供重要参考。 9:;8345#$p789p>?@ApqO@A
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基于FLUENT对气路单向阀的瞬态数值分析
基于 FLUENT对气路单向阀的瞬态数值分析【摘要】基于CFD方法，利用动网格数值模拟技术，应用FLUENT软件对某型号单向阀进行了动态仿真。
从仿真与试验的结果中表明：单向阀阀芯在工作压力下的位移，与单向阀内提供开启力的弹簧力值和刚度、阀体结构以及试验管路有着密切关系。
在固定工作压力及出口体积流量条件下，阀门的阀芯在单向阀中的位移很难仅仅通过试验或仿真进行确定，在阀门从开到闭的过程中根据瞬态数值仿真，得到阀门移动到每个确定位置时的流阻，再与试验结果结合对比分析，得到试验流阻下的活门位移。
【关键词】单向阀 FLUENT 动网格1 引言单向阀可用来约束气体的流动方向，使气体在满足开启压力的条件下单向流动，逆向密封，因此也被广泛应用于航空、航天的燃油系统、管路系统和控制系统中。
本文利用FLUENT软件，对某型号单向阀的动态特性进行了动态数值模拟，得出了内部三维流场详细流动情况、阀芯受力情况和运动位置，再根据单向阀流阻试验结果进行对比分析，得到单向阀在工作稳定状态下的阀芯位置，为后续改进设计提供了依据。
2 单向阀物理模型与工作特性本文以某型号单向阀为研究对象，其设计参数为：入口通径为13；入口开启压强不低于0.04MPa，按0.35MPa开启计算，弹簧预压缩力设为4.7N，最大开度位置力9.86 N；阀芯设计最大开度3.4mm；气体流量为0.24L/s~1.8L/s，通气压力3.8MPa时，压力损失不大于0.05MPa。
3 仿真计算结果与分析3.1 静态流场仿真静态三维流场数值模拟时，将阀芯人为移动到最大开度限制位置，仅对内部流道进行网格划分，其阀芯和壳体作为一整体，不参与计算分析。
单向阀内部流道、压力流场计算分布如图1所示。
图1 静态流场计算结果通过静态流场仿真，计算出阀芯位于最大开度位置时的内部流道分布，可以发现内部流动损失较小。
在设计参数合理情况下，该稳定工况是合理的，并用以验证其流量流阻是否能满足研制要求。
基于移动网格技术的发动机内气体流动分析
基于移动网格技术的发动机内气体流动分析
吴壮文;杜子学
【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(023)004
【摘要】建立了四冲程发动机的计算流体(CFD)模型,进行了四个冲程及进排气阶段气流流动的仿真模拟及分析,给出了发动机气缸内流场的优化方案,为CFD在发动机上的应用提供了借鉴.
【总页数】3页(P107-109)
【作者】吴壮文;杜子学
【作者单位】重庆交通学院,机电学院,重庆,400074;重庆交通学院,机电学院,重庆,400074
【正文语种】中文
【中图分类】U464
【相关文献】
1.非结构网格技术应用于固体火箭发动机内流场数值模拟 [J], 刘君;郭正;郭健;张为华
2.移动网格技术在求解固体火箭发动机侵蚀流场中的应用 [J], 张世英;孙振生
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4.基于动网格技术的双脉冲发动机内流场仿真 [J], 汪京;白桥栋;翁春生;陈子豪
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基于VOF模型与动网格技术的油气悬架气液两相流数值模拟
基于VOF模型与动网格技术的油气悬架气液两相流数值模拟张沙;谷正气;赵敬凯;徐亚;伍文广【摘要】针对某型大吨位矿用自卸车油气悬架为油气两相相互接触的特点，拟从多相流数值仿真的角度对其非线性刚度阻尼特性进行分析。
首先，在探讨了现有多相流建模方法适用性、湍流模型适用性的基础上，结合VOF模型和动网格技术，在Fluent软件中建立悬架的气液两相流模型，并采用UDF方法对两相流模型的边界运动形式进行预定义。
其次，模拟了悬架拉伸和压缩状态下的内部瞬态流场特性，得到不同时刻相应流道中的速度和压力云图，提取出气室内压力的变化以及悬架内因阀系结构而产生的压力差的变化，进而计算得到其刚度和阻尼特性曲线。
再次，将所求力学特性曲线通过 Spline 函数导入ADAMS/View中，建立了某型矿用自卸车的多体动力学模型，开展了随机道路平顺性仿真分析，并借助实车道路振动测试验证了仿真结果的准确性。
最后，通过两相流仿真分析了阻尼孔倒圆大小、开孔角度、不同单向阀开度对悬架阻尼特性的影响。
%Considering that the hydro-pneumatic suspension of a large-scale mining dump truck was a type of oil and gas contact suspension,the multiphase flow numerical simulation method was considered to be used to analysis the nonlinear characteristics.At first,a gas-liquid two-phase flow model was set up in Fluent software by VOF method,on the basis of discussing the applicability of existing multiphase flows modeling methods and the applicability of turbulence model.During the simulation,VOF model was able to track and locate the oil-gas interface and transfer the pressures betweenthem.Dynamic grid technique was introduced and the movement of the two-phase flow model boundary was defined by UDF technique.In order toobtain the velocity and pressure contours of the suspension in different times,the time-dependent numerical simulation of the tension and compression processes of the hydro-pneumatic suspension was conducted,combining the VOF model and dynamic mesh method.The pressure changes in the air chamber and the pressure differences in the oil chamber due to the valve system structure was extracted,and then the stiffness and damping characteristics were calculated.Finally,the two-phase flow simulation results was validated with the help of a vehicle field measurements.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2016(027)015【总页数】10页(P2091-2099,2106)【关键词】油气悬架;VOF模型;动网格技术;刚度阻尼特性【作者】张沙;谷正气;赵敬凯;徐亚;伍文广【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，410082; 湖南文理学院，常德，415000;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，410082【正文语种】中文【中图分类】TD57油气悬架是以油液传递压力，惰性气体作为弹性介质，集弹性元件和减振器功能于一体的悬架系统。
基于CFD的机械结构气动性能研究
基于CFD的机械结构气动性能研究引言：近年来，随着计算流体力学（CFD）技术的迅猛发展，其在机械工程领域的应用越来越广泛。
特别是在机械结构的气动性能研究中，CFD技术不仅能够提供相对准确的数值仿真结果，而且能够辅助工程师的设计和优化过程。
本文将探讨基于CFD技术的机械结构气动性能研究的意义、方法和应用案例。
1. 意义机械结构的气动性能研究对于详细了解其在实际运行过程中的行为和受力情况具有重要意义。
通过CFD仿真，可以模拟机械结构与周围空气流动的相互作用，预测风阻、涡卷、升力等气动力，为工程师提供重要的设计和优化指导。
此外，气动性能研究还可帮助改善机械结构的稳定性和耐久性，提升其整体性能。
2. 方法在进行机械结构的气动性能研究时，CFD技术是一种有效的分析和仿真工具。
其基本原理是利用计算方法对流体流动进行数值求解，通过离散化、数值积分和迭代等过程，求得流体的速度、压力等参数分布。
常用的CFD软件包包括FLUENT、ANSYS等，它们可根据不同的气动性能需求选择不同的模型和求解器。
3. 应用案例（1）风洞实验验证：通过与实际风洞实验相结合，验证CFD模拟结果的准确性。
例如，在飞机机翼的气动性能研究中，工程师可以在风洞中进行试验，获取机翼升力和阻力等参数，并与CFD模拟结果进行对比，从而验证模拟结果的可信度。
（2）流动分析与优化：通过CFD模拟，可以对机械结构的流动分析进行定量研究。
例如，在汽车外形设计中，可以通过CFD模拟来优化车身外形，减小风阻，提高燃油经济性。
工程师可以根据模拟结果调整车身曲线和流线型，以获得更好的气动性能。
（3）气动噪音研究：CFD技术也可以应用于机械结构的噪音研究。
例如，在风力发电机组设计中，工程师可通过CFD模拟来分析风叶与空气流动的相互作用情况，预测并减少机械结构产生的噪音。
结论：基于CFD的机械结构气动性能研究在理论和应用上取得了显著的进展。
它为机械工程领域的设计优化和新产品开发提供了重要的科学依据。
基于大涡模拟方法的多层动网格技术识别平板气动参数
基于大涡模拟方法的多层动网格技术识别平板气动参数刘祖军;葛耀君;杨泳昕【摘要】Based on Fluent software redevelopment, the motion of a structure was described with UDF and moving grids were also used to realize fluid-solid coupling from view of a loosely coupled model. A new method of multi-moving grid technique was proposed to resolve problems of structure movement restricted by fluid mesh size and calculation failure caused by large deformation of grids under the condition that the velocity of dynamic meshes was in conformity with the space conservation law . In hydrodynamic calculations, the method of large eddy simulation was used to solve N-S equation in order to consider the impact of turbulence. Numerical simulation of flow field around a single degree of freedom forced vibration plate was given. Its aerodynamic parameteis were acquired by fitting aerodynamic time-history curves with the least-square method. The results were in better agreement with Thodorsen theoretic solutions.%从弱耦合的角度出发,对流体计算软件fluent进行二次开发,利用其用户自定义函数(UDF)描述结构的运动状态并结合动网格技术实现流固耦合.在保证动网格运动速度符合空间守恒法则的条件下,针对固体模型在流场中运动受网格尺寸限制且易造成网格变形过大导致计算失败的问题提出了多层动网格的解决方法.流体动力计算时考虑湍流的作用,采用大涡模拟方法求解N-S方程.数值模拟了平板做单自由度强迫振动的断面绕流流场,通过最小二乘法拟合气动力时程曲线获得气动导数.仿真结果与通过Theodorsen理论导出的平板气动导数具有良好的一致性.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2011(030)004【总页数】5页(P156-160)【关键词】多层动网格;大涡模拟;气动参数;UDF;流固耦合;空间守恒法则【作者】刘祖军;葛耀君;杨泳昕【作者单位】同济大学,桥梁工程系,上海200092;同济大学,桥梁工程系,上海200092;同济大学,桥梁工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】U441目前桥梁风工程中的气动导数一般通过风洞节段模型试验来获得，采用的方法主要有自由振动法和强迫振动法。
基于气缸动态特性的时序优化
基于气缸动态特性的时序优化
马娟娟;赵东标;陆永华;李志梅
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2011(000)002
【摘要】气缸的动态特性复杂,在前人的研究基础上,建立气缸的动态特性数学模型,并采用龙格库塔法进行仿真.基于仿真结果和机构分析,用时序图的方法优化各个气缸的动作时间和运动顺序,在防止干涉的情况下,有效地将串行时间转化成并行时间,使得多气缸协调动作且时间最短.
【总页数】3页(P74-76)
【作者】马娟娟;赵东标;陆永华;李志梅
【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京,210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京,210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京,210016;沙洲职业工学院机械动力工程系,江苏张家港,215600
【正文语种】中文
【中图分类】TH138
【相关文献】
1.基于小波分析和时序分析的柴油机气缸压力识别 [J], 张振仁;石林锁;王成栋;薛模根;陈祥初
2.基于动网格和UDF技术的气缸动态特性研究 [J], 葛如海;王桃英;许栋;臧绫
3.基于Hypermesh和Abaqus的气缸盖动态特性分析 [J], 贺信菊;卜安珍;夏兴兰;钱怡
4.基于有用时序偏差的时序优化方法 [J], 李雪艳;廖一鹏
5.基于CFD技术的天然气压缩机组气缸动态特性分析 [J], 黄泽奇
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基于三维动网格技术的气缸动态响应特性研究
基于三维动网格技术的气缸动态响应特性研究
葛如海; 杨工作; 吴云腾; 朱文婷
【期刊名称】《《机床与液压》》
【年(卷),期】2011(039)017
【摘要】为了研究气缸动态响应的影响因素,对气缸进行了合理简化,利用Gambit 软件对计算域进行网格划分,再根据Fluent软件提供的计算方法和湍流模型,对活塞的动态响应进行数值模拟。
结合UDF(用户自定义函数)和动网格技术,通过边界的
变化和局部网格的重新划分,较好地解决了由于活塞运动所导致的计算域及其参数
实时变化问题。
探讨启动腔容积、启动压力入口直径、喷口直径、蓄能腔容积等参数对气缸动态响应特性的影响,为座椅坐垫倾角调节装置结构参数的优化提供参考。
【总页数】3页(P57-59)
【作者】葛如海; 杨工作; 吴云腾; 朱文婷
【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】TH138.51
【相关文献】
1.基于三维动网格技术的潜艇热尾流浮升规律及水面温度特征研究 [J], 来庆志;王成安;谭建宇;周志权
2.基于三维动网格的驱动气缸启动特性研究 [J], 应龙;葛如海;杨工作
3.基于三维动网格技术的气缸动态响应特性研究 [J], 葛如海; 杨工作; 吴云腾; 朱文婷
4.基于动网格技术的串并联囊式压力脉动衰减器的特性研究 [J], 辛清;张永祥;朱群伟;杨芮
5.基于CFD动网格技术的闸阀快速关闭特性研究 [J], 李耀武;李国栋;段春辉;韩冰;苏舒;谭鑫;彭宇;王晓童;阳春芬
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基于大涡模拟方法的多层动网格技术识别平板气动参数
振
动
与
冲
击
第 ３ 第 ４期 Ｏ卷
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ Ｈ０ＣＫ
基 于大 涡模 拟 方 法 的 多层 动 网格技 术 识别 平 板气 动 参数
刘祖军 ，葛耀君 ，杨 泳昕
（ 济大学 桥梁工程 系 ， 海 同 上 ２０９ ） ０ ０ ２
摘 要 ：从弱耦合的，度出发， ｆ Ｊ 对流体计算软件 ｆｅｔ ｌ ｎ 进行二次开发， ｕ 利用其用户 自定义函数（ Ｄ ） Ｕ Ｆ 描述结构的
ｃ ｕｓ ｄ ｂ ａ ｇ ｅｏ ｍａｉｎ ｏ ｒｄｓ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉｉｎ ｔ ａ ｈ ｅｏ ｉ ｆｄ ｎ ｍｉ ｓ ｅ ｓ ｉ ｏ ｆ ｒ ｔ ｔ ｈ ａ ｅ ｙ ｌｒ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｆ ｇ ｉ ｎ ｅ ｈ ｏ ｄ ｔｏ ｈ ｔｔ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ｏ ｙ ａ ｃ ｍｅ ｈ ｓ ｗａ ｎ ｃ ｎ ｏ ｍｉｙ ｗｉｈ ｔ ｅ ｙ
湍流的作用 ， 采用大涡模拟方法求解 Ｎ—Ｓ方程 。数值模 拟了平板做 单 自由度强迫 振动 的断面绕流 流场 ， 通过最小 二乘 法拟合气 动力 时程 曲线 获得气动导数 。仿真结果与通过 Ｔ ｅｄｒｅ ｈｏ ｏｓｎ理论导出的平 板气 动导数具 有 良好的一致性 。
关 键 词 ：多层 动 网格 ； 涡 模 拟 ； 动 参 数 ；Ｄ 流 固 耦 合 ； 间守 恒 法 则 大 气ห้องสมุดไป่ตู้Ｕ Ｆ； 空
基于动网格与UDF技术的内杆做行星运动的环空中流场数值模拟
基于动网格与UDF技术的内杆做行星运动的环空中流场数值模拟庞博学;杨树人;刘丽丽;刘超;张莹;马立辉【摘要】应用动网格技术以及UDF程序成功实现了内杆在油井偏心环空中自转同时公转的行星运动状态.完成了内杆在井筒偏心环空中不同偏心率位置转动的情况下,流体在井筒环空中流动的数值模拟.计算结果表明,内杆偏心率增加,流体周向运动增强,湍流高黏度区域扩大,层流区域相应增加.存在一临界偏心率εr,在其两侧,流体作用力分别将内杆离心外推和向心内拉.且内杆偏心率越大,流体内推力就越大,流体对内杆公转运动方向上的阻力也越大.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P64-67)【关键词】动网格;UDF;行星运动;Fluent;偏心率【作者】庞博学;杨树人;刘丽丽;刘超;张莹;马立辉【作者单位】东北石油大学,黑龙江大庆163000;东北石油大学,黑龙江大庆163000;东北石油大学,黑龙江大庆163000;东北石油大学,黑龙江大庆163000;东北石油大学,黑龙江大庆163000;东北石油大学,黑龙江大庆163000【正文语种】中文【中图分类】TH311对于内杆静止的偏心环空中的流动，前人做了大量的研究工作。
与内杆静止的偏心环空流动相比较，当内杆自转与公转同时进行时，流体在此种环空中的流动要更加复杂，人们对这种流动的研究少之又少[1]。
在石油钻井工程中，尤其是对于水平井和定向井，钻杆因受自身重力的影响，在井筒中是弯曲的，再加上电动机驱动钻杆的自转，在井筒与钻杆所形成的偏心环空中的钻井液的流动就属于内杆做行星运动的环空中的流动问题[2]。
与此相似，在采油工程尤其是螺杆泵采油中，由于内杆偏心，抽油杆在自转的同时还沿外管轴线公转，在该环空中采出液的流动也属于内杆做行星运动的环空中的流动问题[3]。
由此可见，此种流动在工程实际中常常遇到。
本文旨在应用计算流体动力学的方法，通过编译UDF程序实现内管行星运动状态，应用Fluent动网格技术对内杆行星运动的环空中的流动问题进行数值求解。
基于CFD技术的飞行器气动特性研究
基于CFD技术的飞行器气动特性研究第一章绪论目前，飞行器的设计和制造已经成为了一个高度专业化和技术化的过程。
以民用飞机为例，飞机的研发周期通常需要数年，并且需要大量的实验验证和数值模拟。
其中，气动特性研究是飞行器设计中的重要环节。
通过气动特性分析，可以知道飞行器在不同速度、姿态下的空气流场分布情况，从而优化飞行器结构和性能。
因此，飞行器气动特性研究具有重要的理论和应用价值。
CFD（Computational Fluid Dynamics）技术是进行飞行器气动特性研究的重要手段之一。
本文将针对飞行器气动特性进行研究，主要从以下方面展开：1. 飞行器气动特性研究的背景和意义；2. CFD技术的原理和应用；3. 基于CFD技术的飞行器气动特性研究方法；4. 飞行器气动力学参数计算与分析；5. 实验验证及应用前景展望。
第二章 CFD技术原理与应用2.1 CFD技术原理CFD是计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）的缩写。
计算流体力学是指一种通过数值计算来模拟流体的物理行为的技术。
CFD技术是通过计算机来模拟流体力学场，通过求解流体的动量和能量方程等基本方程，得到流体的速度、压力、温度、密度、浓度等参数，从而刻画流场的分布以及物体在流场中的运动状态。
CFD技术的主要特点是模型可以针对不同的问题进行收敛计算，计算结果可视化能力强，可直观地看到流场的分布和物体的运动状态，同时还能够较为准确地预测流场的变化情况。
2.2 CFD技术应用CFD技术在空气动力学的应用领域非常广泛。
例如可以用于分析飞行器的气动特性，优化翼型和进气道形状等。
同时还可以用于设计可靠的喷气发动机，优化机翼的附着和升力，优化飞行器的燃油消耗等。
著名的CFD计算软件有Fluent、Star-CD、FastFlo等。
这些软件均是强大的CFD计算工具，可模拟不同类型的流体问题。
同时，软件配合高性能计算机的运用，大大提高了CFD计算的计算速度和精度，使得CFD技术的应用范围得以大幅扩展。
基于CFD的某滑阀阀芯动态特性研究
程依 然 适 用 ，一 般 采 用 积分 的形 式 来 表 示诸 守 恒 方
程Ｉ １ ：
軎Ｊ ｐ ＋ ｄ Ｖ ＋ （ 三 ｄ Ａ
动 网格 技 术 叮以 朋 来模 拟 阀芯 和 流域 由于 运 动
导致 应 力 场 和 流场 随 时 间 改变 的 问 题 。 网格 的不 断
运 动将 会 引 起 流场 内控 制体 的变 化 ，但 基本 守 恒 方
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ － ０ ９ — １ ０ 作者简介 ： 张 胜（ １ ９ ９ ２ 一 ） ， 男， 湖北随州 人， 硕士研究生 ， 研究方 向为 程机械液压传动与控制 。 ２ ８
《 装 备制 造技 术 ｝ ２ ０ １ ６年 第 １ ２期 研 究 对 象特 点 ， 为使 计 算 结 果 更加 精 确 ， 采 用 六 面 体 结 构 网格进 行 网格 划 分 。基 于 网格分 块 的思 想 ， 将计
算 域 分 成 ｌ ６个 网格 块 ， 网格 划 分 如 图 ２所 示 。 为 提 高计 算精 度 ， 对 阀 口节 流处 进行 了网格 细 化 。 从 图 ３看 出 ，在 滑 阀开 启 过程 中 阀芯 位 移 会 连 续变化 ， 首 先 到 达 一个 最 大 位 移处 ， 然 后呈 现 周 期性
析 不 同 弹簧 刚度 下 ，液 压 滑 阀开 启 过 程 中阀 芯 的 瞬 态位移 、 阀 芯所 受 冯 ． 米 塞斯 应 力 和 瞬 态液 动力 的 变
液 压滑 阀通 常 由多 个 阀 腔组 成 ， 根据 相 似性 ， 本 文重 点 研 究 其 中的 一 个 阀 腔 ，其 结 构 示 意 图 如 图 １
基于三维动网格的驱动气缸启动特性研究
２ ０ １ ３年 ８月
机床 与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ ＣＳ
Ａｕ ｇ ． ２ ０１ ３ Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ．１ ５
第４ １ 卷 第１ ５期
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １—３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． １ ５ ． ０ ２ ４
基于FLUENT的气缸充放气二维非定常流场研究
［ ］ Ｚ Ａ ＧＱ ｎｙｎ ，Ｈ Ｎ ｉ ｎ Ｓｕｙｏ ｙｒｕｉ ｓｓ ｍ ６ Ｈ Ｎ ｉｇｏｇ Ｃ Ａ Ｇ Ｓｑ ．ｔｄ ｎｈｄａｌ ｙｔ ｉ ｃ ｅ
体 状态 较 为复杂 。之 前对 气缸 中的气体 参数 多是 采用 集 中参 数法 计算 ， 因此不 能 了解 气缸 内部 的参 数 分布 ， 难 于满 足实 际需 要 。 本文以 ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软 件 为 计算 平 台 ， 立 了带 有 节 建
收 稿 日期 ：００Ｏ —５ ２ １－４１
体积 法 （ Ｖ 和 动 网格 技 术 ＿ 对气 缸 充 放气 过 程 进 Ｆ Ｍ） ４
业 各行业 中的应用 越来 越广 泛 。人们 对 气动 系统 运行 过 程 中压 缩 空气 的 状态 变 化 也越 来 越 关 心 ＿２。气 缸 １ ． Ｊ
作 为气 动系 统 主要 的执 行 元 件 ， 体 在 其 内部 的 流动 气
５ 总 结
分析 ［ ］ 公路交通科 技 ，０４，１ ３ ：１ Ｊ． ２０ ２ （ ） １０—１３ １． ［ ］ 张维刚． ２ 液压技术在混 合动力 汽车节 能方 面的应用 ［ ］ Ｊ．
机 床 与 液 压 ，０ ６ （ ） １４—１６ ２０ ，６ ：４ ４．
本文针 对 城市公 共 汽 车 的运 行 特 点 ， 合 该 型 客 结 车结 构性 能参 数对并 联 液压储 能 式制 动能 量再 生 系统 进行 了研 究 。构建 了一 套结 构 紧凑布 局合 理 的并联 传 动系统 ， 液压储 能 装 置 中各 主要 元 件 进 行 了合 理 的 对 设 计并 建立 了制动 能 量再 生 系统 的动 力 学 数学 模 型 ， 最后 通过 实车 运行试 验检 验 了制 动能量 再 生 系统 的整 体性 能 。其 运 行 结 果 显 示 除 可 节 油 １ ％ ， 少 排 放 ６ 减 外 ， 有无 泄漏 ， 噪声 ， 还 低 易操 作等 优点 ， 各项性 能指 其 标均 已达 到最 初 的设 计 目标 。
基于CFD技术的天然气压缩机组气缸动态特性分析
闭后至排气阀打开前的压缩过程无质量变化。可以得出质
量守恒方程 （Mass Conservation Equation） ： [3]
∂ρ ∂t
+
∂( ρu) ∂x
+
∂( ρν) ∂y
+
∂( ρw) ∂z
=
0
式中： ρ ——密度 （kg/m3）；
机电工程技术 2019 年第 48 卷第 04 期
研究与开发
DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2019. 04. 036
基于 CFD 技术的天然气压缩机组气缸动态特性分析
黄泽奇
（西安石油大学机械工程学院， 陕西西安 710000）
摘要：随着计算流体力学领域的发展，利用计算机对压缩机气缸工作过程中的内部气体流场的变化进行分析，成为研究气体进
入气缸后具体变化过程的主要方法之一。在实际的天然气生产中，通过压缩机对天然气进行增压是整个生产流程中必不可少的
一环，气缸作为压缩机工作过程中的主要构件之一，研究其内部流场中的流体流动特性，对整个压缩机的能效所产生的影响具
有重要意义。基于 CFD 方法，并采用动网格技术对气缸的工作过程进行瞬态模拟。通过建立流动模型、划分网格及进行具体的
0 引言
压缩机工作过程中的工作效率会受多方面影响，而 压缩的介质温度是其主要影响因素。压缩介质的温度过 高，不仅会使缸壁温升程度增大，而且会造成进气量不 足的现象，这都会导致排气量无法达到集输管网所需临 界值，还会使内部零件及润滑油失效，增加功耗。所以 在生产中需要对实际气缸的流体进行模拟分析，确定其 在已知工作条件下的温升情况，为后续零件和散热器的 选型设计奠定基础。
HUANG Ze-qi
基于动网格和UDF技术的气缸动态特性研究
ｊｔ ｏｅａｄｔ ｒａｏ ｅｐｓ ｎｏ ｌ ｄｒｗ ｒ ｇｔｎ ｈ ｆ ｅｃｓ ｆｈ ｏ ｍｅｏ ｏａｅｃｎａ ｅ，ｔｅｄ ｍｅ ｒ ｆｅ ｂ ｒ ｅ ｂｒ ｎ ｅａｅ ｆ ｈ ｉｏ ｆ ｙｉ ｅ ｅｅ ｏｔ ．Ｔ ｅｉ ｌ ｎｅ ｅｖｌ ｆ ｔ ｇ ｏｔ ｎｒ ｈ ｉ ｔ ｔ ｅ ｈ ｔ ｔ ｃ ｎ ｅ ｎｕ ｏｔ ｕ ｓｒ ｉ ａ ｅ ｏｊ ｏ
２１ ０ ０年 １ 】月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｉ
ＮＯ ．２ １ Ｖ ００
Ｖｏ ＿ ８ Ｎｏ ２１ ｌ３ ．
Байду номын сангаас
第３ ８卷 第 ２ 期 ｌ
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ —３ ８ ． ０ ０ ２ ． ０ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ １ ８ １２ １ ． １ ０ ４ ｓ
基 于 动 网格 和 Ｕ Ｆ技 术 的气缸 动 态特 性研 究 Ｄ
葛如 海 ，王桃英 ，许栋 ，臧绫
（ 江苏大 学汽 车与 交通 工程 学院 ，江 苏镇 江 ２２ １ ） １０３
摘要 ：基于 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件提供 的计 算方法 和物理模型 ，利用动 网格及 Ｕ Ｆ （ Ｄ 用户 自定 义函数 ）技术 ，对 活塞运动过程 进行动态数值模 拟。通过 动网格 的生成 与消亡 ，较好地解决因活塞运动所导致计 算区域瞬 时变化问题 。得到 气缸在不同蓄 能腔体积 、量孔 直径及活塞作用 面积下 ，活塞所受 轴 向力 、位 移变化 等特性 的可视化仿 真结果 ，获得气缸 内部流场分 布。
分析蓄能腔体积 、量孔直径及活塞作用面积对气缸动特性的影响。结 果表明 ：活塞作 用面积对 活塞动特性影 响最大 ，其次
是蓄能腔体 积 ，而量孔直径大小 的影响最／ ，为气缸优化设计提供理论依 据。 了 、
基于CFD的球面动静压气体轴承稳态性能及动态特性分析
基于CFD的球面动静压气体轴承稳态性能及动态特性分析贾晨辉;崔志武;邱明;马文锁;高靖;张海江【摘要】基于CFD建立球面螺旋槽动静压气体轴承气膜的有限元模型,数值计算气膜网格点上的压力分布,模拟气膜瞬态流场中复杂的气体流动,得到气膜的压力分布、承载力以及动态特性系数.结果表明:增加供气压力可以有效地增强静压效应,减小气膜厚度和增加转速有助于增强动压效应,动静压效应耦合可以提高轴承承载性能,偏心率为0.4～0.5,平均气膜厚度为8～12μm,供气压力为0.5～0.6 MPa时,产生的动静压耦合效应明显,从而可增加气膜的承载性能和轴承高速运行的稳定性;轴承刚度系数随着气膜厚度的增大呈先增加后减小的趋势,随着偏心率的增加而增加;轴承阻尼系数随着气膜厚度和偏心率的增加变化较为复杂,但整体上呈增大的趋势,因此,合理地选取气膜厚度和偏心率能够提高轴承承载性能,改善其动态特性,提高球面动静压气体轴承运行稳定性.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2019(044)006【总页数】8页(P47-54)【关键词】动静压气体轴承;气膜压力;动静压耦合效应;承载性能;动态特性【作者】贾晨辉;崔志武;邱明;马文锁;高靖;张海江【作者单位】河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;机械装备河南省协同创新中心河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TH133球面螺旋槽混合气体轴承在轴承的表面开设节流孔，在转子上刻有螺旋槽，一方面将外部压缩气体通过节流器导入轴承间隙形成静压效应；另一方面气体通过楔形间隙流动而形成动压效应，二者相互耦合形成轴承承载力；同时轴承具有回转精度高、结构紧凑等特点，可提供三自由度的低摩擦高速运动[1-4]。
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2010年11月第38卷第21期机床与液压MACH I NE TOOL &HYDRAUL I CSN ov .2010V ol 38No 21DO I :10.3969/j issn 1001-3881 2010 21 004收稿日期:2009-11-02基金项目:科技部国家科技支撑计划课题(2007B AK35B02)作者简介:葛如海(1957 ),男,教授,博士生导师,主要从事汽车被动安全性研究及汽车轻量化研究。
E -m ai :l grh @u j s edu cn 。
基于动网格和UDF 技术的气缸动态特性研究葛如海,王桃英,许栋,臧绫(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013)摘要:基于FLUENT 软件提供的计算方法和物理模型,利用动网格及UDF (用户自定义函数)技术,对活塞运动过程进行动态数值模拟。
通过动网格的生成与消亡,较好地解决因活塞运动所导致计算区域瞬时变化问题。
得到气缸在不同蓄能腔体积、量孔直径及活塞作用面积下,活塞所受轴向力、位移变化等特性的可视化仿真结果,获得气缸内部流场分布。
分析蓄能腔体积、量孔直径及活塞作用面积对气缸动特性的影响。
结果表明:活塞作用面积对活塞动特性影响最大,其次是蓄能腔体积,而量孔直径大小的影响最小,为气缸优化设计提供理论依据。
关键词:气缸;动网格;UDF;动态特性;活塞中图分类号:TH138 51 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2010)21-012-4Dyna m ic Characteristics of Pneu matic Cylinder Based on Dyna m icM esh and UDFGE Ruha,i WANG Taoy i n g ,XU Dong ,Z ANG L i n g(Schoo l o fAuto m ob ile and Traffic Eng i n eering ,Ji a ngsu University ,Zhen jiang Ji a ngsu 212013,China) Abstract :Based on the ca l culati on and physical m ode ls of FLU ENT soft w are ,the m ove m en t o f the piston was si m u l a ted byusi ng dyna m ic m es h and UDF (user defi ned function).T he prob l em o f reg i onal i nstantaneous change i n ca l culati on area w hich was re s u lted by piston m ov i ng was w e ll so l v ed by genera ti on and d i sappearance o f dyna m i c m esh .T he v i sualization s i m u l a tion res u lts of the force on t he pist ons and t he disp l ace m ent character i stics w hich w ere produced at d ifferen t vo l um e o f st o rage con tai ner ,t he dia m eter of jet bore and t he area of the p i ston o f cy li nde r w ere go tten .T he i n fluences of the vo l u m e o f storag e conta i ner ,the dia m eter o f j e t bo re and t he area of the p i ston on the dynam ic character istics o f the cy li nder w ere ana l yzed .T he results show tha t :The a rea o f t he p i ston has t he l a rgest i nfl uence on t he dyna m ic charac teristi cs o f the p iston ,t he fo llowed i s the vo l u m e o f sto rage con tai ner ,and t he s m allest is the d i ame ter of jet bo re ,wh ich prov i de a theo re ti ca l basis f o r the cy li nder design .K eyword s :Pneu m atic cy li nder ;D yna m ic m esh ;UDF;Dyna m i c charac teristics ;P ist on在汽车碰撞乘员约束系统研究中常采用汽车座椅、汽车坐垫动态调节机构来减少汽车碰撞时乘员的伤害。
这些调节机构可采用储能弹簧、高压储气筒、火药等作为动态调节的力源。
在高压储气筒式动态调节机构设计中,设计参数如何满足快速动态调节性能要求是首先需解决的问题。
1 数值模拟过程1 1 问题描述及工作原理图1是气缸工作原理示意图。
在预紧状态下,气室右腔的压力保持在p 1,通过弹簧的预紧力、支座的支持力和气室左腔的标准大气压力与气室右腔的压力使心轴保持平衡不动,即p 1S 1<p 0S 2+F 1 p 1S 1+F =p 0S 2+F 1式中:p 1为右腔压力,p 0为标准大气压,S 1为气室右端面的面积,S 2为气室左端面的面积,F 为支座反作用力。
在汽车发生碰撞或是在紧急制动工况下,气缸的工作原理跟HYGE 试验装置的原理相似,将触发压力p 2加到主活塞和量孔之间的小气室,此时,p 2(S 1-S 2)+p 1S 2+F 2>p 0S 2+F 2,平衡状态被破坏,活塞稍稍向左移动,于是在一瞬间S 1=S 2,由于p 2S 1>p 0S 2+F 2,因此主活塞立刻移向左侧,达到动态调节的目的。
其中,F 2为弹簧作用力。
图1 气缸工作原理示意图为了真实地模拟计算气缸活塞运动过程中内部的流场,作者在CFD (Co mputational F l uid Dyna m ics)软件F l uent 的基础上,利用用户自定义函数UDF(U ser defi ned Function)实现动网格(Dyna m icM esh)技术,采用二维模型对气缸活塞的运动过程进行了非定常数值模拟,耦合了活塞运动方程,获得了活塞在运动过程中的流场状态及活塞的运动特性。
1 2 数值计算和程序设计由于活塞在气压缸内处于运动状态,导致模拟的计算区域也随时间发生改变,动网格技术就是为了适应计算区域的变化新发展出来的网格技术,它是通过拉伸、压缩网格或者增加、减少网格以及局部生成网格来适应计算区域的改变。
由于计算区域的改变方式有很多种,动网格的更新方式也有所不同,主要有以下3种方式:弹簧近似光滑法(Spri ng based Smoot h i ng)、动态分层法(D yna m ic Layeri ng)、局部网格重划法(Local Re meshing )[1-4],各自适用不同的网格类型和运动情况。
作者选定弹性光滑和局部重划两种方法。
1 2 1 动网格原理对于任意一个控制体上的运动边界,对一般标量 的守恒方程的积分形式可写为:dd t Vd V + V (u -u g ) d A = V d A +VS d V (1)式中: 为流体密度;u 为流动速度向量;ug 为移动网格的速度; 为散度系数;S 为 的源项;d V 为控制体V 的边界。
在方程中出现的时间导数用第一时间格式向后差分表示为:d d tV d V =( V )n+1-( V )nt(2)式中:n 和n +1分别表示第n 个时刻和第n +1个时刻。
控制体体积由下式进行迭代计算:V n+1=V n +d V d tt (3)式中:d Vd t表示控制体对时间的导数。
为满足守恒方程(1),体积对时间的导数由下式进行计算:d Vd t =v u gd A = n fju g j A j (4)式中:n f 为控制体中的面数;A j 为第j 个面的面向量;其中的点乘积u g j A j = V jt为第j 个面在 t 内扫过的体积。
1 2 2 网格划分在模拟的过程中,选取活塞右侧的计算域为初始模型进行网格划分,在网格划分的过程中,由于活塞处于运动当中,所以对计算域要分区划网格,对活塞运动区域及初始网格中的缝隙处划分三角形非结构网格,其他区域划分四边形结构网格,这样就能保证计算过程中活塞运动区域网格重新划分的质量[5]。
为保证网格质量,划分后的网格需进行平滑处理。
网格平滑后,为了将活塞壁面与其他壁面区分开来,单独设定活塞壁面边界。
此外,还需设定气压缸左腔室壁面为变形边界,这样就完成了数值模拟的前处理。
1 2 3 物理模型和二次开发程序设计为了方便建立描述气缸运动的数学模型,对气缸的运动过程作以下假设:(1)压缩空气为理想气体,满足理想气体状态方程;(2)摩擦力相对较小,可以忽略不计;(3)缸腔室内气体与外界无热量交换,是一个绝热过程;(4)气缸的泄漏可以忽略;(5)气源压力恒定,温度为环境温度。
动网格用于模拟活塞在气缸内运动,而动网格由活塞运动方程来控制。
活塞运动方程的确定是一个十分复杂的过程,由于活塞所受的力是随时间和空间的变化而变化的,某时刻(假设该时刻活塞己经开始运动)活塞受力情况如图2所示。
根据牛顿第二定律可知:m d 2xd t2=p 1A 1-p 0A 2-F t -F (5)式中:活塞及运动部件质量m ,大气压力p 0,活塞两端作用面积A 1、A 2以及外负载力F 均己知,所以只有弹簧作用力和作用腔压强p 1是随时间和空间的变化而变化的,而弹簧作用力可以根据胡克定律F t =-kx (k 为弹簧刚度)求得,因此确定作用腔压力p 1是重点。
图2 某时刻活塞受力图活塞的位置由活塞受到的流体作用力和弹簧力共同决定。
作者采用动网格技术,将活塞设为m ov i ng wal,l 其运动过程由F luent 软件提供的DEF I NE _CG _MOT I ON 宏函数用C 语言编制用户自定义函数,通过记录当前活塞的位置,得到弹簧变形量,并根据弹簧刚度求出弹簧作用在活塞上的作用力,同时根据流场计算对活塞受到的流体作用力进行积分获得活塞受到的流体作用力。