利用fluent 再探5mm节流孔仿真,比较AMESIM的仿真数据分析。

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2024-02-12 / 1 评论 / 244 阅读 / 正在检测是否收录...

概述

关于节流孔的问题,我已经写过了 用Simcenter Amesim 仿真节流孔径、压损以及流量的关系 ,感兴趣的可以看一下。
为何又提及这个问题?
这不是这个假期没事,就研究起了Ansys软件,其中流体仿真采用的是fluent模块完成的。
初学者小白,很快就想用三脚猫的功夫再次仿真以下5mm的节流孔的流量差异,相比Amesim,谁的数据让我更信服。

正文

前面约束条件:

流体介质

AMESIM我看以前的记录是32号液压油,温度30摄氏度。
Fluent材料库中竟然没有油液的选项,这点我也是醉了,不好好在它的介质参数可定义,影响流阻问题的也就两个,密度和粘度:

fluent材料定义

密度大家都很好理解,这里特别说一下粘度:运动粘度和动力粘度
运动粘度:没有明确的物理意义,但它在工程实际中经常用到。因为它的单位只有长度和时间的量纲,类似于运动学的量,所以被称为运动黏度。
动力粘度:液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时,相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。动力黏度的法定计量单位为Pa·s

粘度单位换算:
动力粘度单位:1cP(厘泊)=0.01P(泊)=1mPa·s=0.001Pa·s=1kg/(m*s)。
运动粘度单位:1cSt(厘斯)=0.01St(斯)=1m㎡/s=0.000001㎡/s=0.0036㎡/h。
上面32号液压油粘度算法:
我们一般能查到32号液压油在30℃的时候,粘度为57cSt,密度为860kg/m³=0.86g/cm³
根据公式
ν=μ/p
μ:动力粘度单位为Pa·s。
ν:运动粘度单位为㎡/s。
p:密度单位为 g/cm³

换算Fluent所需要的单位:0.049kg/(m*s)

节流孔搭建

均采用5mm的节流孔,前后管段长度300mm 管径10mm.这里都是一致的。

粘性计算模型

Fluent给出了多个不同工况下的粘性模型选择,我这里选择了大家所推荐的 Realizable k-ε模型,这里不得不吐槽以下Fluent的这个模型,要用好这个软件,那必须对流体的状态非常清楚,专业才行,我们追求的是傻瓜式操作,用户要考虑到外行人士,使用的门槛越高,越不利于软件的推广。
本来模型数就多,让人无从下手,更何况每个模型还对应着不同参数的定义,虽然官网给出了各个模型的解释,鬼知道是啥意思,一切保持默认。

fluent粘性模型

边界条件

入口:压力入口
出口:压力出口

压力入口定义

这里提一下湍流参数设置:

什么K、E系数设置,选择最容易理解的水力直径。
湍流强度:根据雷诺数计算参考,估算,当雷诺数ReDH=50000时,湍流强度I=4%。
水力直径:水力直径是指过流断面面积与周长之比的四倍

水力直径.png

其中,A表示流体断面面积,P表示流体断面周长。
对于圆管内流动来说,其本身的真实直径就是水力直径。而对于非圆管流或流体并没有充满管内,则需要用上述公式进行计算。

仿真结果:

入口压力7bar,仿真出来的流量是:37.4 L/min

节流流量仿真

压力仿真云图

结果对比:

AMESIM的仿真结果有个流量系数Cq 0.7时:7bar@33.3L/min,但我一直以为,这个系数太高,目前看FLUENT,出来的结果更高。咋办?

也简单,一切用事实说话,看来我必须要搭建一个实际的测试,才能决断,敬请期待。

进一步补充:

2024.02.19实测结果:

现场刚好有4mm的节流孔,就采用4mm进行搭建,环境温度20℃,介质:65#冷冻液,密度:1.089kg/m³,实测数据如下:

修正Amesim的Cq系数

要满足上表,Cq需要设置到0.89才行,重新按照孔径5mm,压力7bar 进行仿真,得出最大流量值为:40.2 L/min 。

DN5mm@7bar.Amesim .

solidworks DN5仿真结果

DN5mm@7bar.solidworks .

上图中,压力为绝对压力,所以应该减去1bar,所以入口压力为6.7bar

最终结论:

可以看出:
Amesim修正后的结果:6.7bar@40.2 L/min
Fluent的仿真结果: 6.7bar@37.4 L/min
solidworks的仿真结果: 6.7bar@38.6 L/min
还是有一定的误差。
和Sunhydraulics公司给出的曲线图存在较大的差别:7bar@28 L/min

sunhydraulics压差流量计算公式

注意: 以上计算公式,孔的系数取值为0.42,且介质为液压油,这个曲线是实测还是公式推算:未知。

管不了那么多了,我以我实测数据为准,后期有问题,再进行修正!

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评论 (1)

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  1. 头像
    阿华 Level:2
    中国浙江省宁波市电信 · Windows 10 · Google Chrome

    很严谨!!

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