液压缸间隙密封流场下支承环的流固耦合分析(四)

1、第三章流场域的建模分析液压油流过支承环与活塞杆间的间隙时,由于环形间隙的节流效应及沿壁面的摩擦及其他原因造成的能量损失,压力从入口到出口是不断下降的。为了具体弄清楚整个流场的压力分布及速度分布,可采用Workbench中Fluent模块对流场域进行建模分析。对于间隙厚度具体为多少,可根据支承环变形后不得接触活塞杆的原则来确定。具体的间隙密封流场如图3.1所示。出口为背压腔,出口压力统一取2MPa;进口位于活塞工作的高压腔,由于结晶器振动液压系统压力可调,为分析支承环在不同压力下的变化,本论文选取进口压力分别为15a、20MPa、25MPa,因此本文要做3种流场分析。在整个流固耦合分析开始前,支

2、承环的厚度并未确定,本文先暂定支承环模型厚度分别为18mm、22mm、25mm、30mm这四种最具代表性的尺寸。因此本文流固耦合分析模型总共为12种。为具体展示整个流固耦合分析过程,在第三、四章中,本文先以流场进口压力20MPa,支承环厚度25mm的模型为例进行仿真。在第五章中,本文再对其它十一种模型进行分析。仿真项目前,我们可先假设流体域间隙厚度为µ,然后根据流固单向耦合分析的结果支承环径向变形量来调整间隙厚度。15m 前处理对于任何CAE(包含CFD软件来说是非常重要的基础性环节,它包括几何模型的建立,模型的网格划分及网格质量检查等几个重要环节。 网格的划分在数值分析计算中所耗用

3、的项目时间比例最大,有时甚至达到了整个项目周期的80%。在这个过程中,并不是说网格的生成很难,而是生成一套高质量的结构化网格比较繁琐。高质量的结构化网格如六面体网格对后续的求解过程有着非常重要的影响,能显著提高求解的计算速度,实现计算结果的快速收敛,并且能使计算结果更贴近现实物理现象的真相。因此在网格生成后,对网格质量的检查是非常有必要的。GAMBIT作为众多前处理软件中的一种,它特有的Examine Mesh操作选项(位于操作界面右底下角,为fluent等其他CFD专业软件提供了可靠的网格质量检查手段。Examine Mesh可检查Plane(平面、Sphere(球面、Range(分布范围三

4、种指定范围内的二维网格(如三角形、四边形及三维网格(如六面体、五面体、四面体及三棱柱,几乎覆盖了可划分的所有网格种类。根据不同的Quality Type(质量评判指标,可分别检验相应的网格质量。本课题所划分的网格主要是三维网格,在此简介下三维网格的质量评判指标(1Aspect Ratio:长度宽度比,不同的网格有不同的计算方式,等于1,网格最好,如正四边形,正六面体等;一般情况下最好不要超过5:1.;(2Edge Ratio:长边与最短边的长度之比,等于1,网格最好;(3EquiAngle Skew:网格夹角歪斜度,在0至1之间,越小,质量越好,三维单元最好不要超过0.4;(4EquiSize

5、 Skew:网格大小歪斜度,在0至1之间,越小,质量越好,三维单元最好不要超过0.4,超过0.97时导入CFD中计算,可能造成计算不收敛,结果不正确;(5Volume:网格体积,仅适用于三维单元,划分网格应避免出现负的体积。本课题划分的主要是六面体及三棱柱网格,在Examine Mesh对话框中勾选Range,EquiSize Skew及show worst element选项,点击Apply选项。经过计算后,本模型的最差的网格质量为0.890607,小于0.97,所以划分的网格质量基本合格。如图3.2所示,选择模型前端面,命名in,边界条件为:Pressure-inlet;选择模型后端面,命名out,边界条件为:Pre