汽车淋雨试验室喷淋装置的模拟仿真
一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法
一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法文章标题：探索一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法1. 引言在汽车行驶过雨水积压路面时，车轮溅起的水花常常成为交通安全和行车体验的重要因素。
如何模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法成为了汽车制造和设计领域的研究热点之一。
本文将通过对这一主题进行深入探讨，为读者全面介绍这一领域的最新进展和关键技术。
2. 传统的雨水溅起模拟方法传统的雨水溅起模拟方法通常采用喷水器或水箱结合风道，模拟车轮行驶过雨水积压路面时溅起的水花情况。
然而，这种方法往往无法真实还原实际行车情况，在仿真效果和准确性上存在一定的局限性。
3. 新型模拟试验系统的发展趋势随着科技的不断进步和汽车制造工艺的不断完善，针对模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法也出现了许多创新。
一些研究机构正在开发基于先进传感技术的智能仿真系统，能够根据路面状况和车速实时调整喷水量和角度，以更加准确地模拟雨中行车情况。
4. 关键技术和方法针对模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，关键技术和方法包括但不限于：传感器技术、数据采集与分析技术、智能控制技术等。
其中，通过大数据分析和深度学习算法，系统可以实时监测路面情况和车速，从而精确调整喷水量和角度，提高模拟效果和准确性。
5. 个人观点和总结作为撰写此文的作者，我个人对模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法进行了深入的研究和思考。
我认为，随着科技的不断进步，新型的智能仿真系统将能够更加真实地模拟雨中行车情况，为汽车制造和设计提供更加准确的数据和参考。
未来，我期待看到更多创新技术的应用，为这一领域带来更大的突破和发展。
通过对一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法的全面评估和探讨，本文旨在为读者提供深入、全面的了解，并希望能够引发更多有关此领域的讨论和研究。
希望读者通过本文的阅读，能够对这一重要主题有所启发，以及对未来发展趋势有更加清晰的认识。
参考信息：1. XXX论文：《智能仿真系统在雨中行车车轮溅水模拟中的应用》2. XXX报告：《模拟试验系统中传感技术的应用与发展》3. XXX期刊：《雨中行车车轮溅水模拟系统关键技术研究》随着社会的不断发展和汽车行业的快速发展，交通安全和行车体验已经成为了人们关注的焦点。
GJB 150A 淋雨试验强化试验程序数值模拟和试验装置设计研究
摘要：目的 研究 GJB 150.8A—2009《军用装备实验室环境试验方法第 8 部分：淋雨试验》中强化试验程序
的工程实现方法。方法 在标准解读的基础上，以强化试验程序用喷嘴为对象，建立数值模型，分析喷嘴在
强化试验程序过程中的流场分布，并基于分析结果给出强化试验程序试验装置设计的思路和方法。结果 在
第 18 卷 第 10 期 2021 年 10 月
装备环境工程 EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING
·139·
GJB 150A 淋雨试验强化试验程序 数值模拟和试验装置设计研究
王晓森 1,2，邵康 ， 1,2 陶林 1,2，董龙雷 3
（1.北京强度环境研究所，北京 100076；2.天津航天瑞莱科技有限公司，天津 300462； 3.西安交通大学 航天航空学院，西安 710049）
ABSTRACT: The paper aims to study the engineering implementation method of enhancement test procedure in GJB 150.8A—2009, Laboratory Environmental Test Methods for Military Materiel Part 8: Rain Test. Based on the interpretation of the standard, a numerical model was established to analyze the flow field distribution of the nozzle during the enhancement test procedure. Based on the analysis results, the design idea and method of the enhancement test procedure test device were given. The results show that the pressure changes sharply in the nozzle, which changes from 276 kPa to 101 kPa in a very short distance from the inlet to the outlet. The flow of water undergoes a violent acceleration process through the nozzle, from 0.01 m to 0.4 m away from the nozzle outlet, the water flow velocity rapidly decreases from 251 m/s to 17.8 m/s, and tends to be stable in the far field. The analysis results have important reference significance to guide the design and implementation of enhancement
车辆淋雨试验报告
车辆淋雨试验报告
车辆淋雨试验是对车辆的防水性能进行测试的一种方式，它可以模拟真实的下雨环境对车辆的影响，检验车辆外壳防水能力的好坏，从而保证车辆在雨天行驶时的安全性和可靠性。
本次测试在室外进行，下面是测试结果及报告：
1. 测试车型：大众帕萨特
2. 测试时间：2021年9月10日上午10点到11点
3. 测试环境：室外，天气为中雨
4. 测试方法：将帕萨特停放在试验区域，水流加压喷淋车体，喷淋时间为10分钟。
测试过程中，观察车辆外壳是否有渗水情况，并测定车内脚垫、车门板等部位的水深。
5. 测试结果：测试过程中，帕萨特外壳表现良好，无渗漏现象。
车内部分零件出现轻微渗水，如车门板、脚垫等部位水深达到2mm左右。
6. 结论分析：由于测试环境为中雨，测试结果表明大众帕萨特的外壳防水性能非常优秀，完全没有出现渗漏现象。
但是车内部分部位出现轻微渗水现象，需要进一步考虑如何改善，在雨天行驶时不影响乘客的舒适性。
7. 建议：建议在车门板边缘、车窗边缘处加强防水处理，也可以考虑对脚垫的防水效果进行升级改善，提高车内的防水性能。
同时，在车的开发设计阶段，应该注重防水性能的考虑，以提高车辆的整体性能和安全性。
人工模拟降雨实验原理
人工模拟降雨实验原理
《人工模拟降雨实验原理》
嘿，你知道吗，我有一次特别好玩的经历，跟人工模拟降雨实验原理有关呢！那回呀，我去参观了一个科学实验室。
一进去，就看到一个大大的装置，那就是用来进行人工模拟降雨的啦。
我就特别好奇地凑过去看。
原来呀，这个实验的原理就像是我们平时玩的过家家一样。
他们有个像大喷头一样的东西，这个喷头呢，就好比是天空中的云朵。
然后通过一些神奇的操作，这个喷头就可以喷出好多好多的小水滴，就像下雨一样啦。
我看着那些小水滴哗啦啦地落下来，就好像真的下雨了似的。
工作人员就给我解释说，这就是模拟大自然中的降雨过程呢。
他们可以控制这个喷头喷出的水量大小呀、速度呀啥的，来研究不同情况下降雨的效果。
我当时就在想，哇塞，这也太有意思了吧！就好像我们自己创造了一场小小的雨。
我在那观察了好久好久，看着那些水滴落下，滴在地上，溅起一朵朵小水花，感觉特别神奇。
而且通过这个实验呀，科学家们就能更好地了解降雨对各种事物的影响啦，比如对土壤呀、植物呀之类的。
这就是我那次关于人工模拟降雨实验原理的有趣体验啦，真的让我印象特别深刻呢！到现在我都还记得那一个个小水滴落下的样子，就像是大自然在我眼前展示它的奇妙之处。
原来科学也可以这么有趣呀，哈哈！。
汽车淋雨房实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本实验旨在通过汽车淋雨房对汽车整车进行淋雨试验，检验汽车外壳和密封件等部件在各种降雨强度和角度下的防水性能，确保汽车在各种恶劣天气条件下的使用安全。
同时，通过实验验证汽车淋雨试验房的设计是否符合相关标准，以及其运行是否稳定可靠。
二、实验设备与材料1. 实验设备：- 汽车淋雨试验房- PLC电控系统- 喷淋系统- 水循环系统- 水质监测仪- 数据采集与分析系统2. 实验材料：- 待测汽车整车- 水处理剂三、实验原理汽车淋雨试验房通过模拟自然降雨条件，对汽车进行淋雨试验。
实验过程中，控制系统调节电机驱动水泵，控制水压、流量、温度、水质等参数，确保喷出的水流符合实验要求。
喷出的水经过汽车表面汇集流入水处理池中，经过过滤、排污循环使用，形成喷淋-回收-喷淋的水循环系统。
四、实验方法1. 实验前准备：- 检查汽车淋雨试验房设备是否正常运行，包括PLC电控系统、喷淋系统、水循环系统等。
- 调整实验参数，包括水压、流量、温度、水质等，确保符合实验要求。
- 对待测汽车进行外观检查，确保无破损、无异常。
2. 实验步骤：- 将待测汽车驶入汽车淋雨试验房，调整汽车位置，使其处于实验要求的位置。
- 启动喷淋系统，进行淋雨试验。
- 在淋雨过程中，监测水压、流量、温度、水质等参数，确保符合实验要求。
- 实验结束后，关闭喷淋系统，将待测汽车驶出试验房。
3. 实验数据记录与分析：- 记录实验过程中各项参数的实时数据。
- 分析实验数据，评估汽车外壳和密封件等部件的防水性能。
五、实验结果与分析1. 实验结果：- 待测汽车在淋雨试验过程中，无渗水现象，符合实验要求。
2. 实验分析：- 通过本次实验，验证了汽车淋雨试验房的设计符合相关标准，运行稳定可靠。
- 待测汽车在淋雨试验中表现出良好的防水性能，满足实际使用需求。
六、结论1. 汽车淋雨试验房能够有效模拟自然降雨条件，对汽车进行淋雨试验，检验汽车防水性能。
2. 本次实验结果表明，待测汽车在淋雨试验中表现出良好的防水性能，满足实际使用需求。
汽车淋雨仿真研究
汽车淋雨仿真研究郑鑫; 苏东海; 齐凯; 郭祥麟; 王隆宇【期刊名称】《《汽车工程学报》》【年(卷),期】2019(009)006【总页数】4页(P452-455)【关键词】淋雨试验; 仿真分析; 两相流; 水的体积分数; 压力曲线【作者】郑鑫; 苏东海; 齐凯; 郭祥麟; 王隆宇【作者单位】沈阳工业大学沈阳 110870; 华晨汽车工程研究院沈阳 110141【正文语种】中文【中图分类】U462.3+6汽车淋雨试验是一种人工环境试验方法，用于测试车辆的防雨密封性能，模拟汽车在使用条件下遇到自然降雨或滴水环境因素后的影响。
对淋雨试验方法的研究和应用已经相对成熟，但缺点是必须有实际的测试车辆后才能进行淋雨试验，在车型设计前期并没有规避设计缺陷[1]。
随着计算机技术广泛应用到汽车设计领域，大大缩短了产品的设计周期，提高了产品的质量和水平。
CAD/CAE/CAM技术的普遍应用为产品的设计开发提供了前期设计的指导手段[2]。
前期设计过程中，主要通过CAD模型的建立，CAE/CAM软件的求解分析，不断的结构优化使汽车产品性能达标。
STAR-CCM+是新一代的CFD软件，具有易学易用、集成技术、开放性、自动化、大规模等优点。
本研究采用此软件进行汽车淋雨仿真分析。
本研究首次通过流体软件仿真分析的方法来模拟整车淋雨，测试整车表面的压力分布情况，为设计密封条的结构和材质提供了有利手段。
其他研究者都是通过试验方法介绍整车的淋雨，并没有在前期车型开发设计过程中进行考察和预防，导致后期试验失败后大量的工程更改，既浪费开发成本，又影响了整车的开发周期。
1 淋雨仿真的理论导论1.1 湍流模型Realizablek-ε模型，该模型在典型k-ε模型的基础上对正压力进行数学修正来改善模型的性能。
Realizablek-ε模型可以精确地预测流体传播，对旋转、有大反压力梯度的边界层、分离、回流等现象有更好的预测结果[3-4]。
此外，采用两层边界层方法配合k-ε模型，在边界层内层对k-ε模型进行修正，计算更准确。
喷嘴的仿真分析
图 1 喷嘴的二维模型及有限元模型（边界进行加膨胀层） 在 FLUENT 中设定入口边界条件为速度入口边界，大小为 30m/s；出口边界条件为压力 出口边界；选择k-ε二方程的湍流模型。经过仿真计算结果如图 2 所示。
a 压力云图 图 2 喷嘴的仿真计算结果
b 速度矢量图
由计算结果可以得出，在喷嘴的出口处，由于尺寸变化过大，使得压力分布不均匀，出 口的左右两侧出现空气回流现象， 提升了喷雾器的啸叫声。 为了降低这一现象对喷雾器整机 噪声的贡献值，提出了两种改进方案。 1. 方案一：降低喷嘴出口处的倾斜角。修改后的二维模型模型及有限元模型（边界进行加膨胀层） 在 FLUENT 中设定相同的参数后，得到的计算结果如图 8 所示。
a 压力云图 b 速度矢量图 图 8 喷嘴（加喷头）的仿真计算结果 可以看出，经过喷头压力损失较大，而且产生了涡流，引发了涡流噪声，提升了整机的 啸叫声。 为了避免这种因形状突变造成的流动分离和气流涡旋现象， 对突变的部分进行圆角 处理是很有必要。修改后的二维模型和有限元模型如图 9 所示。
图 5 方案一：喷嘴的二维模型及有限元模型（边界进行加膨胀层） 在 FLUENT 中设定相同的参数后，得到的计算结果如图 6 所示。
FLUENT喷雾模拟具体步骤
FLUENT喷雾模拟具体步骤1.建立几何模型：-首先，打开FLUENT仿真软件，在主界面上选择“模型”和“几何”选项。
-使用几何建模工具来绘制喷雾器的几何模型。
你可以选择使用软件内置的几何形状，也可以通过导入外部CAD文件来建立模型。
-确保几何模型包含了所有需要考虑的细节，例如喷嘴、喷孔、喷嘴口径等。
2.网格划分：-完成几何建模后，选择“模型”和“网格”选项，在几何模型上生成网格。
-选择合适的网格类型和划分参数，确保网格密度高、质量好，并适应仿真需求。
-在喷嘴周围的区域上细化网格，以捕捉小尺度的喷雾现象。
3.定义物理模型：-选择“模型”和“物理”选项，设定物理模型参数。
-根据喷雾器所使用的液体和气体类型，选择相应的物理模型。
-设定相关的边界条件，例如喷嘴进气边界、喷雾雾化边界等。
4.定义初始和边界条件：-选择“材料”选项，设定初始条件。
根据仿真需求，设定喷雾液体的初始体积分数、温度、密度等参数。
-选择“边界”选项，设定边界条件。
根据实际情况设定喷嘴进气速度、环境温度、压力等。
5.选择求解器和求解方法：-在主界面上选择“求解器”选项，选择合适的求解器。
对于喷雾模拟，通常选择较高阶的求解器以提高计算精度。
-根据需求设定求解方法参数，例如迭代次数、收敛标准等。
6.进行仿真计算：-在主界面上选择“求解”选项，进行仿真计算。
FLUENT将根据设定的模型和参数进行计算，并显示计算结果。
-根据计算结果，观察喷雾液滴的分布、大小、速度等信息，以及喷雾过程中的流场情况和变化。
7.分析结果：-在计算完成后，FLUENT会生成流场和液滴分布等仿真结果。
-使用后处理工具对仿真结果进行分析，例如绘制等值线图、矢量图，计算液滴直径分布、湍流能耗等物理量。
-深入分析喷雾过程中的现象和机制，验证模拟结果的准确性和可靠性。
8.优化模型和参数：-根据分析结果，对模型和参数进行优化。
例如，调整喷嘴形状、喷雾液体特性、喷嘴位置等，以获得更好的喷雾效果。
淋雨试验箱模拟喷水环境原理 试验箱工作原理
淋雨试验箱模拟喷水环境原理试验箱工作原理淋雨试验箱产品概述：淋雨试验设备对产品的老化、颜料褪色、金属的腐蚀有较大的影响，因而老化试验愈来愈受到橡胶、塑料、化工、汽车、纺织等行业的重视，气候环境的因素很多，如、温度、湿度、雨淋等，防水试验箱是模拟雨淋的环境试验设备淋雨试验箱产品特点：本产品适用于考核电工产品，外壳和密封在淋雨环境下能否保证设备和元件良好性能的试验。
本产品接受科学设计，使得该设备能够逼真的模拟喷水环境。
接受数字及变频掌控技术，使得降雨量、试品架的回转角度、喷水摆杆的摇摆角度以及摆管的摇摆频率都可自动的调整。
淋雨试验箱工作原理概述：本试验箱是通过机械传动，达到试验目的。
转台传动机构是通过电动机带动蜗杆，驱动蜗轮，达到规定转速，摆杆是电机带动减速机减速带动齿杆驱动被动齿轮，使摆杆运动。
淋雨试验箱产品相册淋雨试验箱技术性能1.型号：DELX—0102.内箱尺寸（深宽高）（mm）：1000*1000*10003.外箱尺寸（深宽高）（mm）：1200*1380*17604.符合：IP 3.4标准淋雨试验箱直管淋雨1.喷水孔径：1.2mm（喷雾型）2.喷管通径： 163.喷孔个数：404.喷孔间距：12.55.喷管转速：4r/min 0.5 淋雨试验箱摆管淋雨1.喷水环半径:400mm2.水管直径：16mm3.喷水孔径：ф0.8 mm流量：0.6L每分钟4.孔径间距：50 mm5.摆管押幅：45、60、90、180（理论数值）6.试验台转速：1—3r/min7.摆速调整:无级调整8.淋雨水压：约400Kpa9.水流供水量：10公升10.喷水管：接受不锈钢制成11.门：单门，配察看窗、左铰链右把手，大屏可视钢化玻璃门，随时察看试验情形.淋雨试验箱结构材质：1.内胆为不锈2.外箱不锈钢3.样品台配置圆形转盘，转速可调4.试验机外壳接受不锈钢短发纹板制作，工作室部分接受304B 不锈板制作。
试验箱由主体部分、传动机构和电器部分构成。
汽车淋雨试验室设计
对话框中所显示的图像，是利用 AutoCAD 创建 幻灯片的命令“MSLIDE”制作的。即先画出图形，再 将其制成幻灯片。填充幻灯片的子程序如下：
（defun tianchong （key image_name / x y）;定义填充子程序 （start_image key） （setq x （dimx_tile key）
金刚公司淋雨试验室项目完工后的状态如图 2 所示。
图 2 JL7162 淋雨试验室
参考文献：
[1]GB/T12480-1990，客车防雨密封性试验方法. [2]张坚城. 车身防雨密封性检测与喷淋装置[J]. 汽车技术，1998， （8）：38－40. [3]苏万良. 汽车防雨密封性实验喷淋设备设计初探[J]. 广东公路交 通，2000，（65）：63－65.
汽车淋雨试验室是车身密封性重要检测装置， 目前吉利集团各制造公司的淋雨室在结构和参数方 面或多或少存在弊端，国内关于淋雨试验室的论文 也不少，但对其参数的设计确定和设备选型在理论 核算上缺少明确阐述，本文通过实施 JL7162（吉利 金刚汽车）淋雨试验室项目，总结了淋雨试验室设 计经验。
1 淋雨试验室结构
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设计与研究
机械 2009 年第 6 期 总第 36 卷
汽车淋雨试验室设计
陈小平，吴年华
（浙江金刚汽车有限公司 技术规划部，浙江 台州 318053）
摘要：汽车淋雨试验室主要用来模拟自然降雨环境，用于测试汽车的防雨密封性能，是新车下线必不可少的检测设备。
淋雨试验室主要由房体、喷淋系统、吹干系统和控制系统等组成。本文通过实施 JL7162（吉利金刚汽车）淋雨试验室
图 1 淋雨试验室结构图
3 设计要点
一种模拟效果好的淋雨实验室[实用新型专利]
![一种模拟效果好的淋雨实验室[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/68840543d1f34693dbef3e56.png)
专利名称：一种模拟效果好的淋雨实验室专利类型：实用新型专利
发明人：何光银
申请号：CN201820953223.3
申请日：20180620
公开号：CN208606949U
公开日：
20190315
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种模拟效果好的淋雨实验室，包括箱体，所述箱体内侧顶部设置有固定管，所述固定管顶部设置有第一齿轮，所述第一齿轮底部设置有固定杆，所述第一齿轮一侧设置有第二齿轮，所述第二齿轮顶部设置有电机，所述电机设置在箱体顶部，所述固定杆底部设置有支撑槽，所述支撑槽内部设置有电动推杆，所述电动推杆的输出端设置有移动块，所述移动块顶部设置有风机，所述箱体内部设置有工作台。
本实用新型通过设置电机、电动推杆和风机，启动风机，对水流进行吹动，当需要改变风力的大小时，电动推杆启动带动移动块，使风机与水流之间的距离改变，当需要改变风机的方向时，启动电动，有利于提高模拟的多样性。
申请人：江苏金环试验设备有限公司
地址：225300 江苏省泰州市高港区永安洲镇永安工业园永新东路
国籍：CN
代理机构：南京禾易知识产权代理有限公司
代理人：王彩君
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汽车淋雨试验装置的参数化设计与仿真
汽车淋雨试验装置的参数化设计与仿真
孔庆华;柏丽敏;陆肇达
【期刊名称】《森林工程》
【年(卷),期】2006(022)001
【摘要】将应用最为普遍的有限元分析软件ANSYS参数化设计与汽车防雨密封性检测设备--人工淋雨试验装置的设计相结合,做出了一套具有一定的理论和实用价值的仿真系统.从仿真建模、网格分析、边界条件、求解过程等方面比较详细阐述了淋雨实验室喷淋系统的仿真过程,同时也介绍了如何保证每个喷嘴流量均匀的能量转换关系.
【总页数】4页(P12-15)
【作者】孔庆华;柏丽敏;陆肇达
【作者单位】东北林业大学,哈尔滨,150040;东北林业大学,哈尔滨,150040;哈尔滨工业大学,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】U462.21
【相关文献】
1.汽车淋雨试验装置的设计与计算 [J], 孔庆华;柏丽敏
2.某型装备液压快速顶升及试验装置优化设计与仿真 [J], 汪育;王永杰;谢武德;邓会来;胡际万
3.基于低压成套开关设备的淋雨试验装置研究 [J], 邵杰敏;吕治国;张进水;岳宝强
4.一种淋雨试验装置的改造升级 [J], 黄宏驰
5.GJB 150A淋雨试验强化试验程序数值模拟和试验装置设计研究 [J], 王晓森;邵康;陶林;董龙雷
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汽车淋雨试验室喷淋装置的模拟仿真作者：东北林业大学交通学院孔庆华柏丽敏1 淋雨室概况汽车淋雨试验是一种人工环境实验方法，它用于测试汽车的防雨密封性能，模拟汽车在使用条件下遇到自然降雨或滴水环境因素后的影响。
淋雨试验方法的研究和应用已有多年历史。
早在70年代法国航空标准、美国军用标准和英国军用标准中均正式规定了有关人工淋雨、暴雨和防滴水方面的条款。
我国也于1990年做出规定：GB/T 12480-90 客车防雨密封性试验方法。
2 研究目的和意义随着国民经济的快速发展，对产品的设计过程要尽快采用现代设计方法，以便从根本上保证产品的质量和水平。
CAD/CAE/CAM 技术的普遍应用为产品的设计开发提供了可靠的先进手段，一度被人们称为3C。
计算机软硬件功能的飞速发展，有力的促进了3C 技术的应用不断向纵深发展，人们逐渐体会到计算机辅助设计的真正含义。
针对车辆产品的总目标，着重从软件的求解功能、数据结构、前后处理器的功能、用户界面、易学易用性等方面进行比较。
Ansys 软件不仅求解问题的功能完全满足其要求，而且在应用方面，图形用户界面（GUI）给用户的应用提供了直观的途径，引导用户一步一步的进行分析。
因此本文采用Ansys 软件进行参数化设计与仿真。
参数化建模是指先用一组参数来定义几何图形(体素)尺寸数值并约束尺寸关系,然后提供给设计者进行几何造型使用。
它的主题思想是用几何约束、数学方程与关系来说明产品模型的形状特征,从而得到一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。
产品设计的目的是为了满足工业生产、科学研究和实际生活的需要。
对于实际需要提出的各种各样的要求,工业产品在功能上,型号上都要不断的进行改进。
如果以往的设计不能满足功能的要求,就要重新设计产品;如果仅是应用工况的不同造成的产品在尺寸方面的不同,只需要开发不同尺寸型号的产品就可以了。
对于系列化、通用化和标准化的定型产品,设计所采用的数学模型及产品的结构都是相对固定不变的,所不同的只是产品的结构尺寸有所差异,而结构尺寸的差异是由于相同数目及类型的已知条件在不同规格的产品设计中取不同值造成的。
对于这类产品进行设计时,采用参数化建模方法对尺寸进行替换,这样对于不同结构尺寸的产品只需要改变相应参数化尺寸的值就可以自动迅速的得到产品的模型,省去了大量重复过程,提高了设计生产效率。
3 实验室的参数化设计与模拟仿真3.1 ANSYS 软件概述ANSYS 是目前世界顶端的有限元商业应用程序。
美国John Swanson 博士于1970 年创建ANSYS公司后,便开发出了该应用程序,以此用计算机模拟工程结构分析,历经30 多年的不断完善和修改,现成为全球的工程应用最受欢迎的应用程序。
其最新版本是ANSYS8.1。
该应用程序的主要特点是紧跟计算机硬件、软件发展的最新水平,功能丰富,用户界面好,前后处理和图形功能完备,并且使用高效的有限元系统。
它拥有丰富的、完善的单元库、材料模型库和求解器,保证了它能够高效地求解各类结构的静力、动力、振动、线性和非线性问题,并能有效地求解温度场问题、散热场以及多场耦合问题;它的友好的图形界面和程序结构使用户易学易用,通常专业人员在一个月左右的时间内就能掌握其应用方法和技巧;它的完全交互式前后处理和图形文件,大大减轻了用户创建工程模型,生成有限元模型以及分析和评价结果的工作量;它的统一和集中的数据库,保证了系统各模块之间的可靠和灵活的集成;它的DDA 模块实现了它与多个CAD 软件产品的有效连接。
ANSYS 的各种产品适应于各种计算机平台的版本,为用户提供了各种可能的选择。
当今ANSYS 的全球用户高达5000 多家。
二十世纪九十年代我国引入该应用程序后,广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源工程、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究,为各领域的产品设计、结构分析和科学研究作出了应有的贡献。
3.2 仿真的必要性首先根据流体力学和能量转换理论设计淋雨实验室喷淋系统，选择最佳节能效果和最低经济成本的设计方案。
对每个喷头的喷水量进行分析计算，把计算出来的数据录入计算机，利用ANSYS 模拟软件，对淋雨试验进行模拟仿真，以达到设计结果的可视化。
可以让用户通过可视化的模拟仿真系统直接对设计的实验设备有所了解，并可以根据用户的要求随意调整各个参数，通过人机交互达到改进设计的目的，从而满足不同用户的各种需求。
例如，试验对象可以是整车,也可以是车身部分。
如果为卡车,只对驾驶室部分进行淋雨试验就足够了,同时也可节约资金。
实现缩短设计周期、优化设计方案、节约设计成本的目的，以此促进我国汽车工业和国民经济的快速发展。
3.3 参数化有限元模型的建立进入ANSYS 的前处理模块,在工具菜单中(UtilityMenu)中选择Parameters 选项下ScalarParameters 项,调出参数尺寸定义界面，如图1 所示。
本文以一个喷头的参数为例，将模型中需要进行参数化的尺寸依次输入定义，完成参数化过程。
实际问题中,需要参数化的尺寸是有限的,在定义参数尺寸时,要注意不要使得模型过约束。
然后在ANSYS 中开始建模,在模型中的尺寸如果是参数化的,要用尺寸的定义名输入,否则参数化信息没有进入模型。
在参数化模型建立后,进行正常的单元定义,实参数定义,单元划分,加载,求解工作。
在这些过程进行后,通过ANSYS 的LGWRITE 命令保存命令流文件,文件名为Jobname.lgw。
Jobname 为自定义的分析文件名名称。
用记事本打开,可以看到操作的步骤都被一一被ANSYS 以一定的格式记录下来,对其中的尺寸定义部分进行编辑,保存文件。
开始一个新的分析过程,用ANSYS 的/INPUT 命令将Jobname.lgw 文件读入ANSYS,由于是批处理文件,因此程序自动进行分析过程得到参数化尺寸编辑后的模型及其计算结果。
从上述论述中,可以看到应用ANSYS的参数化模型建立功能可以方便的得到相同结构不同尺寸模型的模型结果和分析结果。
只有在参数化模型建立后,才可以进行进一步的优化分析过程。
3.4 仿真过程本文主要采用ANSYS 软件对淋雨实验室喷淋系统进行仿真分析研究。
产品的各项性能均符合国家标准GB/T 12480-90 客车防雨密封性试验方法。
3.4.1 模型的建立有限元模型是进行有限元分析的计算模型或数学模型，它为计算提供原始的数据。
建模是整个有限元分析过程的关键，模型合理与否将直接影响计算结果的精度、计算时间的长短及计算过程能否完成。
由于用管路是轴对称图形，二维模型就能清楚地显示其中水的流动情况，因此为了节省计算机使用空间和减少计算时间，本文利用ANSYS 的前处理模块分别建立顶部、侧面和底部各一个管路的二维模型。
如下图所示是他们的二维几何模型示意图。
图2 二维几何模型3.4.2 模型的网格划分有限元法的基本思想是把复杂的形体拆分为若干个形状简单的单元，利用单元节点变量对单元内部变量进行插值来实现对总体结构的分析，将连续体进行离散化即称网格划分。
离散而成的有限元集合将替代原来的弹性连续体，所有的计算分析都将在这个模型上进行。
因此，网格划分将关系到有限元分析的规模、速度和精度以及计算的成败。
实验表明：如果网格划分太稀就会使计算精度不够，达不到预期效果；但是，相反的随着网格数量的增加，计算精确度逐渐提高，计算时间增加不多；但当网格数量增加到一定程度后，再继续增加网格数量，计算精确度提高甚微，而计算时间却大大增加。
在进行网格划分时，应注意网格划分的有效性和合理性。
这样就存在一个最佳网格密度问题，本模型首先采用整体智能网格划分，然后在拐角处进行人工控制网格划分对其进行细化，以便于有限元计算结果符合实际情况。
3.4.3 限制边界条件加载即用边界条件数据描述结构的实际情况，即分析结构和外界之间的相互作用。
分析时假定入口流场均匀，且无径向分量。
以单级单吸离心清水泵为例，当流量Q=100m3/h，扬程h=50m，转速n=2900r/min，功率F=22KW，进口直径d0=100mm，泵体耐压p=1.0MPa，排水口直径d1=80mm，叶轮名义外径d2=200mm 时，可取入口速度为管路里按照公式v=Q/A 计算所得的速度，轴向和周向速度为零；在所有壁面上施加无滑移边界条件，即所有速度分量均取为零；由于流体按不可压缩处理，且其性质恒定，所以在这种情况下，压力就可只考虑相对值，即在出口处施加的压力边界条件是相对压力为零；由于是湍流分析，可将出口处局部放大，以使流场能得到充分发展。
在加载时，边界条件可直接施加在几何模型上，其优点在于当改变有限元网格而重新进行分析时，无需在节点上重新施加边界条件；而通常的做法是将边界条件加载在有限元模型上，这样当改变有限元网格时，必须先删去现有节点上的边界条件，再施加新的载荷，以保证加载的准确性。
但要注意：无论采取何种加载方式，ANSYS 求解前都将载荷转化到有限元模型上。
因此，加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元上。
执行主菜单Preprocessor>Loads>Apply>Velocity>On Lines（施加速度在线上）命令；执行主菜单Preprocessor>Loads>Apply>Pressure DOF>On Lines（施加压力自由度在线上）命令。
3.4.4 求解我们选择软件默认的直接解法，它只寻求分析的稳定性，并不强调求解的速度，而且对计算机的内存要求不高，在求解器处理每个单元时，同时进行整体矩阵的组集和求解。
在进行数值模拟时，存在着劣质网格及流动现象本身不稳定等因素，有必要采取措施提高收敛性，使求解达到稳定。
ANSYS 程序提供的常用工具有松弛系数、惯性松弛、人工粘性、速度限值和面积积分阶次等。
松弛系数（FLDATA 25）的值是介于0 和1 之间的小数，它表示旧结果与附加在旧结果上形成的新结果的最近一次计算值之间的变化量。
采用小的松弛系数可减小解的振荡，提高稳定性，但会导致收敛速度降低，迭代次数增加[17]，所以可在初始迭代计算中，采用小的松弛系数来减小不适当的初始值引起的计算不稳定，当迭代一定次数后，将以上结果作为初始值继续迭代时，可取较大的松弛系数以提高收敛速度。
模拟中速度项松弛系数、压力项系数（PRES）、湍流松弛系数（ENKE）的取值依据ANSYS 软件给出的标准值，如图3 所示。
图3 松弛系数的取值当求解过程中发生舍入误差时，惯性松弛（FLDATA 26）就可能对结果产生影响，它以所加项分母的形式出现，值越小，所起的作用越大。
人工粘性（VISC）用在梯度较大的区域以平抑速度解，它有助于可压缩问题的收敛，也有助于对有分布阻力的不可压缩问题的速度解进行平抑。