CFD工程应用回顾与展望-同济大学周华
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第1篇一、前言模流分析(Mold Flow Analysis)是现代注塑成型领域的重要工具,它通过对塑料流动过程的模拟,帮助工程师优化模具设计、提高产品良率和缩短开发周期。
在过去的一年里,我国模流分析技术取得了显著进步,以下是对本年度模流分析工作的总结。
二、模流分析技术发展概况1. 软件功能不断完善近年来,国内外模流分析软件功能日益完善,如Moldex3D、Simulment、E-Design、C-Mold等。
这些软件在模拟精度、计算速度、用户界面等方面都有了显著提升,能够满足不同用户的需求。
2. 模拟精度不断提高随着计算流体力学(CFD)技术的发展,模流分析软件的模拟精度不断提高。
目前,多数软件能够实现网格自适应、湍流模型优化、材料数据库扩展等功能,使模拟结果更加准确。
3. 模拟速度明显提升随着硬件设备的升级和软件算法的优化,模流分析软件的模拟速度明显提升。
例如,Moldex3D软件采用多核并行计算技术,使模拟时间缩短至原来的1/3。
4. 材料数据库日益丰富模流分析软件的材料数据库不断丰富,涵盖了各种塑料、橡胶、复合材料等。
这使得工程师能够更准确地模拟不同材料的流动行为。
三、模流分析应用领域拓展1. 汽车行业模流分析在汽车行业中的应用日益广泛,包括汽车零部件、内饰、外饰等。
通过模流分析,工程师能够优化模具设计,提高产品良率,降低生产成本。
2. 家电行业模流分析在家电行业中的应用逐渐增多,如冰箱、洗衣机、空调等。
通过模流分析,工程师能够优化产品设计,提高产品性能,降低能耗。
3. 医疗行业模流分析在医疗行业中的应用逐渐拓展,如医疗器械、口腔材料等。
通过模流分析,工程师能够优化产品设计,提高产品性能,降低生产成本。
4. 航空航天行业模流分析在航空航天行业中的应用日益重要,如飞机、火箭、卫星等。
通过模流分析,工程师能够优化产品设计,提高产品性能,降低制造成本。
四、模流分析培训与推广1. 培训体系不断完善我国模流分析培训体系不断完善,包括线上培训、线下培训、实战培训等多种形式。
AJ ACDEMIC ARTICAL ISSUE由于数值模拟相当于在计算机上做实验,相比模型实验方法具有周期较短,成本低等特征,并可以用较为形象和直观的方式将结果展示出来(图4)。
本文采用数值分析的方法对小区内的空气流动情况作出初步的数值模拟,以对该建筑小区内的风环境作出分析和评价。
流体流动的数值模拟即在计算机上离散求解空气流动遵循的流体动力学方程组,并将结果用计算机图形学技术形象直观地表示出来,这样的数值模拟技术就是所谓的计算流体动力学(CFD:Com-putational Fluid Dynamics)技术[4](图5)。
该技术从1974年以后大量应用于制造业领域。
但近年来研究者将CFD技术应用于建筑环境的模拟研究工作,到目前为止虽然还没有得到深入和普及的应用,但已经取得了很大的发展。
本文采用CFD软件(Air-pak)进行CFD技术分析,该软件主要采用多种求解方法和多重网格加速收敛技术,因而能达到最佳的收敛速度和求解精度[5]。
Fluent Air-pak是面向工程师、建筑师和设计师等专业领域工程师的专业人工环境系统分析软件,特别是HVAC2 建造中的同济设计中心A楼3 风洞模拟实验4 计算机模拟5 数值计算技术领域。
它可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象,并且可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题,并依照ISO 7730标准提供舒适度、PMV、PPD等衡量室内空气质量(IAQ)的技术指标。
2 模拟分析2.1 外部环境上海地理位置为:东经121°4’,北纬31°2’(图6),平均海拔高度7m,时区:东8区,同济新村位于上海市杨浦区,通过Ecotect软件气象数据查询,我们可以得到上海地区的全年气象数据(图7、8)。
图7中从上往下的第1条线为全年最高温度分布曲线、第2条线为全年平均温度分布曲线、第3条线为全年最低温度分布曲线、第4条线为全年每日早上9时的相对湿度分布曲线、第5条线为全年每日下午3时的相对湿度分布曲线。
华中科技大学硕士学位论文摘要计算流体力学这门学科己相当成熟,其成熟的一个重要标志是近几十年来各种商业 CFD 软件包陆续出现和越来越多的在工程问题中得到使用,并逐渐成为有效的处理工程问题的手段。
本文采用计算流体力学的数值模拟方法,应用CFD软件计算了几个典型的工程问题,得到了有意义的结果。
在申菱ZK240型中央空调机箱气流特性的CFD分析中,以机箱的整体压降最小为目标函数,针对各功能段相对位置进行了调整,得到优化后的机箱模型,整体压降比原始机箱模型降低了14%;模拟了优化机箱模型在工作情况下的速度矢量图、压强和温度分布云图,需采用的风机组件的功率特性给出了指导性的建议,为相关的技术人员提供参考。
在LGJ400/50导线体型系数和四分裂跳线风偏数值计算分析中,一是模拟了LGJ400/50导线的体型系数,和相关的标准进行了比较,验证标准的合理性;二是模拟了四分裂跳线的风偏,得到风偏位移和风速的平方成正比,在相同的风速下,覆冰导线的风偏位移比没有覆冰的导线要大。
在细胞培养液切应力实验装置的流场分析和设计中,确定了长方体细胞培养液流动腔合适的几何尺寸和细胞生长区域的位置;切应力的计算结果说明,不能把细胞培养液当作牛顿流体的近似处理;最后把细胞培养液当作非牛顿流体,拟合得到流量和切应力的关系式。
关键词:中央空调、多孔介质模型、机箱优化、导线体型系数、跳线风偏、细胞培养液、非牛顿流体华中科技大学硕士学位论文AbstractCFD (Computational Fluid Dynamics) has been a well developed academic discipline because that numerous general software packet in CFD have come forth and turn into commercial codes in the last twenty years, and gradually become an effective instrument of engineering problems. The topic of this thesis is the applications of CFD in the research of airflow characteristics of SHENLING ZK240 central air-conditioning chassis, the shape factor of wire LGJ400/50 and the windage yaw numerical simulation of 4 bundled wires, cell culture parallel-plate device design and the analysis of shear stress.In the research of airflow characteristics of SHENLING ZK240 central air-conditioning chassis, using computational fluid dynamics numerical simulation methods. The smallest overall pressure drop in chassis as the objective function, in view of the relative positions of the each function were compared optimized, and has been optimized chassis model, the overall pressure drop lower than the original chassis model by 14%; numerical simulation the flow characteristics of optimized chassis models, require the use of power characteristic of the fan is given in the recommendations and guidance; simulation optimized chassis model the velocity vector figure, pressure and temperature distribution figure, for the relevant technical staff to provide reference.In the research of wire LGJ400/50 shape factor and 4 bundled wires windage yaw numerical simulation, First, simulate the shape factor of LGJ400/50 wire and has compared with related standards; Second, simulate the wires windage yaw, wires windage yaw displacement is proportional to the square of the wind speed, under the same wind speed, windage yaw displacement of the ice wire is larger than no ice wire.In the research of cell culture parallel-plate device design and analysis of shear stress, determine the cell culture fluid flow trough suitable length, width, height, location华中科技大学硕士学位论文of the cell growth region; Compared the cell culture medium were used as Newtonian fluid and non-Newtonian fluid, shear stress is different from that cell culture medium can not be used as Newtonian fluid; final fitting the non-Newtonian fluid flow and shear stress relationship.Keyword:Central air-conditioning, Porous media model, Chassis optimize, Transmission wire shape factor , Jumper wire windage yaw, Cell culture medium, Non-Newtonian fluid独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。