流体阻尼器

引入

流体阻尼器被用于军事设备冲击隔离和民用建筑地震引发的震动的抑制和风致振动,在许多其他应用程序。功,机械能,从而为热流体阻尼器(Ref。1)。这个例子展示了粘性发热的现象和由此产生的流体阻尼器的温度增加。在微流器件粘滞加热也是很重要的,一个小横截面积和大型设备的长度可以产生明显的加热和影响流体流动因此(Ref。2)。

模型定义

流体阻尼器的结构元素相对较少。图1描述了流体阻尼器的原理建模与它的主要组件:减震筒住房、活塞杆、活塞头,粘性流体室。有一个小活塞之间的环形空间头和缸内侧壁的住房。这作为一个有效的流体通道。随着活塞头来回移动减震筒内流体被迫通过大型剪切率的环形通道,导致大量热的一代。热转移在轴向和径向方向。在径向方向,热量是通过气缸的房子墙壁和迁移外面的空气阻尼器,即建模使用牛顿对流冷却定律。

图1:典型的流体阻尼器的素描与它的主要组件你利用流体阻尼器的轴向对称性质和模型在2 d轴对称几何如图2所示。阻尼器的几何尺寸和其他参数根据Ref。1代表小,15 kip阻尼器实验研究。因此,活塞头的直径为8.37厘米,活塞杆直径2.83厘米,厚度的差距大约是活塞头直径的1/100。阻尼器的最大中风半0.152 4米。阻尼器是用钢制成的固体部分,流体阻尼硅油。

图2:几何和网格。域(从左到右)代表:活塞杆,活塞头和阻尼液空间,阻尼器外壁。

[流] 流体流动

流体阻尼器的流体描述弱可压缩n - s方程出发,求解速度场的u =(u,w)和压力p:

密度假定独立于温度,而温度依赖流体粘度的考虑:

使用硅油的参考材料性质。

无衬壁边界条件申请减振筒的两端和减震筒的内壁。移动/滑动墙与给定的速度是应用于边界上的活塞头和活塞杆。

耦合传热/共轭传热

共轭传热是解决流体域和减震筒屋墙:由对流和传导传热流体域,只在固体传热导电领域,和流体和固体之间的温度场是连续域。在粘性流体域,加热时激活和压力的工作可以包括轻微的压缩阻尼液需要考虑:

在右边的第二个任期和上学期代表热源来自工作压力和粘性耗散,分别。因此,问题是一个完全耦合fluid-thermal交互问题。

固体域的汽缸的房子墙,这个方程减少传导传热方程没有任何加热源。

热流边界条件根据牛顿冷却定律应用的边界外缸房子墙上。流体和固体之间的温度场是连续域。阻尼器的两端连接到结构外保持在恒定的温度。

活塞头运动提供了与给定谐波振荡振幅和频率,z = a0sin(2πf)。使用场的运动建模(ALE)变形网格。ALE 方法处理变形的动态几何和移动边界移动网格。流体流动和热方程的n - s方程出发制定温度变化在这些坐标移动。

结果和讨论

模拟加载的振幅是0.127米,和激励频率为0.4赫兹。这代表了长冲程加载实验在裁判执行。1。装运时间是40多岁。注意,仿真结果给出了温度在华氏度为了更容易比较与实验测量。

图3给出了温度场的阻尼器在加载。它也显示了一个典型的简化配置流诱导阻尼液。

图3:阻尼器的温度场仿真的结束。

图4显示了阻尼器的内壁的温度end-of-stroke位置z =半。这对应于实验下的内部调查位置在裁判执行。1。仿真结果表明良好的协议与实验测量文献1中(参见图9)。

图4:温度探头位置。

图5显示了沿着内壁温度变化后的阻尼器10世纪三、四十年代的加载。它清楚地表明,温度探头位置并不代表阻尼器内的最高温度。这支持Ref。1中的结论,探针的选择定位在哪里受到阻尼器的外壳的建设。图5

还表明,阻尼增加的中心附近的温度超过100度后已经很少加载周期。

图5:阻尼器内壁的温度。探针的位置对应于z /半= 1。

指出comsol实现

你计算域分解成几个部分,网域映射网格解决非常薄环形空间。你开出的移动网格网的位移在每个域,这样他们对齐不变以零位移减震筒的顶部和底部住房高性能密封连接,和活塞头的位移等于用于域与活塞头排队。这是通过指定网格位移场的线性函数变形网格坐标和参考系(材料)框架坐标。

钢铁材料阻尼器所需的坚实的部分可以在COMSOL图书馆的物质。您创建一个用户定义的材料为硅油。这种阻尼液体通常表现为密度、运动粘度在温度25ºC,和所谓的粘度温度系数,职业训练局= 1−(粘度在98. 9ºC)/(粘度在37.8ºC)。使用这个参数,您创建的动态粘度的线性相关方程1。

参考文献

1。C.J.黑色和n . Makris“粘滞液体阻尼器的加热下大大小小的振幅运动:实验研究和参数化建模、“j·英格。工作。,133卷,566 - 577年,566页。

2。基准线Morini,“粘滞加热在微细血管的液体流动,“Int。j .热传质48卷,3637 - 3647年,3637页。

模型库路径:CFD_Module / Non-Isothermal_Flow / fluid_damper

建模的指令

从文件菜单中,选择新。

新建

在新的窗口中,单击模型向导按钮

模型向导

在模型向导窗口中,点击二维轴对称按钮。

在选择物理树中,选择传热>共轭传热>层流

点击Add按钮。

在选择物理树中,选择数学>变形网>移动网(ale)。

单击add按钮

点击学习按钮。

在树中,选择预设的研究选择物理>与时间有关

单击“完成”按钮。

全局定义

参数

在主工具栏,点击参数

在参数设置窗口,定位参数部分。

单击

浏览到模型的模型库文件夹,双击该文件

定义

变量1

在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)右键单击定义和选择变量。

在变量的设置窗口中,找到的变量部分。

点击加载的文件。

浏览到模型的模型库文件夹,双击该文件

几何1

长方形1(r1)

在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)右键单击几何1,选择矩形。

在矩形设置窗口中,定位尺寸部分。

在宽度编辑字段中,输入/ 2

在宽度编辑字段中,输入/ 2

定位部分。在z编辑字段中,输入ld

长方形2(r2)

在模型构建器窗口中,右键单击几何1和选择矩形。

单击工具栏上的变焦范围按钮图形。

5

共轭传热(NITF)

液1

在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)>共轭传热(nitf)

单击液1

选择域4和6 – 9

在流体的设置窗口中,找到模型的输入部分。

从巴勒斯坦权力机构列表中,选择用户定义的。在p编辑领域,p0类型。定位热力学部分。从γ列表中,选择用户定义的。

右键单击液1和选择粘性发热

右键单击液1和选择压力的工作。

材料

在主工具栏,单击Add材料。

增加材质

去窗口添加材料。

在树中,选择内置>钢铁符合美国钢铁协会的4340。