Akışkanlar Dinamik Simülasyona Siemens NX ile Giriş

Akışkan dinamik simülasyon, genellikle C ⁇ Akışkanlar Dinamik (CFD), modern mekanik mühendisliğin temel taşı haline geldi. Bu entegrasyon, sıvı akışı veya gazları nasıl tahmin edebileceğinizi öngörebilir -ve doğrudan kendi geometrinizde yükleyici veri çevirileri olmadan baskı dağıtımını sağlar.Bu kılavuzda, tasarım ortamıyla sıkı bir şekilde çiftleşen sıvı dinamikleri kullanarak NX kullanarak tam bir akış sağlar.

Bir otomotiv bileşeni üzerinde hava akışı analiz ettiğinizde, sezgisel bir arayüz üzerinden yeterince sağlam bir akış veya bir kapak gövdesinde hidrolik baskı, NX, performans, verimlilik için mekanik parçalar optimize etmenize olanak sağlar.

Önlemler ve Model Hazırlık

CFD'ye başlamadan önce, iyi tanımlanmış bir CAD modeline sahip olmak önemlidir. Geometrinizin kalitesi doğrudan simülasyonun doğruluğu ve istikrarını etkiler. NX, yerel olarak parçaları ve meclisleri oluşturmanıza izin verir veya mekanik bölümünüzü diğer sistemlerden ithal edebilirsiniz.

  • [FONT=0]Simplify Geometry:[Dönetici: 0D) Küçük doldurmalar, chamferler ve genel akış modelini etkilemez. Bu özellikler çok küçük ağ hücreleri oluşturabilir ve doğrulama olmadan hesaplama maliyeti artırabilir.
  • [FONT:0) Sutightness: Akışkan alan, boşluklar veya çakışmalar ile tamamen kapalı olmalıdır. NX'in geometrisi şifa ve boşluk algılama araçları tanımlayabilme ve herhangi bir sızıntıları düzeltmesi için kullanır. AİLFLT:2. sutight modeli).
  • [FONT=0)Define Akışkanlar Domain:[Dönetici:[Dönetici:0))) Katı akışlar için, bir kanat.İç akışlar için, kapalı bir hacim oluşturmak için planlı yüzeylere sahip olmak gerekir. NX ExpressT:2).Flow Domain)
  • [FONT:0)Assign Material Properties:[Döneticileri tayin ederken, simülasyon kurulumunda daha sonra doğru sağlam malzemeye sahip olursunuz (konuş ısı transferi için) CAD aşamasındaki hızlarda iş akışlarında tanımlanır.

Thorough hazırlığı burada ağlama ve çözme sırasında sorun giderme saatlerlerini kurtarır. Her zaman aurFLT:0)Geometri Check[[DDDDDDDDD) ilerlemeden önce NX analiz hazırlığı aracı çubuğundan.

NX Ortamı NX

NX, simülasyonu, NX Advanced Simulator paketinin bir parçası olarak birleştirir: sekmesi. Akış dinamikleri için, özellikle de NX Advanced Simülasyon paketinin bir parçası olarak gerekir.

  1. Hazırladığınız kısım veya NX'de montaj.
  2. Go toFLT:0)File > Yeni ve [FONTD:2)Simulation) Önkoşullar için bir isim ve yer seçin ().
  3. In theFLT:0)Simulation Navigator[Dönetici:0))[Dönetici:0))))Tesli akışlar (Dönetici) için kullanılan akışlar (Dönetici) ve diğer tüm mekanik bölümler için kullanılan sistemler için (Dönetici)
  4. Simülasyon dosyası, ana CAD modeline geri bağlanır, herhangi bir tasarım değişikliğinin otomatik olarak güncellenmesini sağlar - NX'in associative mimarisinin önemli bir avantajı.

Çözüm oluşturulduktan sonra, simülasyon nesne ağacının, [[0)Geometri, Meş, Fizik ve Sonuçlar) ile göreceksiniz.

Appropriate Physics Modelini Seçin

NX CFD, birçok mekanik parça analiz için, çalışacaksınız:

  • [Uygunluk:0) Tek fazlı akış[Dönemli, su, yağ) ısı transfer (konjugate veya isoterm) ile.
  • [FONT=0]Turbulence modeller:[Dönetici:0))[Dönetici:0)|Dönemli makine veya güçlü ayrılık için, [Dönetici: 4)) veya )))) varsayılan akışlar[FLT: 7 )[Dönemli akışlar için NXS (FLT: 7) NX aynı zamanda birçok endüstriyel akış için sağlamdır.
  • [FONT=0) Çokfaz akışı[Dönemli, hava-su karışımları) Eulerian veya Akışkanlar (VOF) yöntemi kullanılarak, pompalarda veya yakıt kaydıraklarında cavitasyon analiz etmek için faydalı.

Temel fiziği yakalamak için en basit modeli seçin. Erken fizikleri boşanabilir hesaplama kaynakları. Sürekli devlet, inkompreible, turbulent en iç ve dış uygulamalar için akış.

Akışkanlar için Meşrut Nesil

Meshing muhtemelen kriptolu sistemlerdeki en kritik adımdır. NX, a adanmış bir sunaktır:0)Meshing[DDDDDVT:1) ve [[Döneticiler için, sıvı alanını dolduran bir hacim katmanına ihtiyacınız vardır. NX iki birincil ağ geçidi sunar:2).3Dh TetraDhedral) ve ) ve Hexahedral[FLT: 3DV)

Meşru Tipi Seçin

  • [FONT:0]Tetrahedral ağları[[Dönetici: 1 ) otomatik olarak üretmek ve karmaşık geometriyi iyi işlemek daha kolaydır.
  • [FONT:0)Hexahedral ağları[[DÜT:1) genellikle element say başına daha yüksek doğruluk sağlar, ancak daha manuel çaba gerektirir.Grupla veya kanallarla uyumlu olan borular veya kanallar gibi daha basit geometriler için hex ağları kullanın.
  • [FONT=0)Polyhedral ağları[[Döntgen: 1) (Yeni NX sürümlerinde kullanılabilir) doğruluk ve otomasyon arasında bir denge sunar.

Ne olursa olsun, bu ayarlara dikkat edin:

  • [FONT=0)Inflation katmanları:[[Döneticileri:[Döneticileri) Ayrıca, bu duvar tabakası hız gradientient'yi yakalamak için duvarlara yerleştirilen ince elementlerdir. 3-5 tabakalar önerilir; doğru ısı transfer veya yüksek Reynolds sayısı akışları için, bu tür bir y+ ⁇ 1 (k-omega modelleri için) veya y+ için, k-köpek aralığı (30-300) için.
  • [FONT:0)Local rafinerisi:[Dönetici:[Dönler: 1 ) Yüksek lisanslar, küçük boşluklar veya stagnasyon noktaları gibi bölgelerdeki örgüleri ayırt etmek için.
  • [FONT=0)Mesh kalitesi:[Dönetici: 0,3) Çok sayıda skewed elementten kaçının. NX, Jacobian ve skewness için bir göstergedir.

Ağ oluşturmaktan sonra, her zaman bir İZFLT:0)Mesh Check[[Döneticileri tanımlamak için bunları düzeltin. Yerel kontrolleri ayarlayarak veya kullanarak düzeltin:2).Smooth Me).

Bir Akış Kontrollü Valf için Pratik Ağlama Örnek

Bir hidrolik spool valfi düşünün. Geometrik boşlukları daraltır (kırklık 0.1 mm’nin emriyle) ve ani genişlemeleri. Tüm ıslak yüzeylerde 10 enflasyon tabakaları ile bir tet ağ geçidi ve boşluk bölgesinde 0.05 mm'nin bir parçasını ele alır.

Boundary Koşulları ve Akışkan Özellikleri

Ağa hazır, [[0)Physics[[Dönetici:0) klasörü belirlediniz. Burada malzeme özelliklerini, sınır koşullarını ve çözücü parametreleri belirlediniz.

Akışkanlar Malzeme Malzemeleri

NX, ortak sıvıların bir kütüphanesini içerir. yoğunluk, viskobular, özel ısı, termal iletkenlik ve opsiyonel olarak, sıkıştırılabilir akışlar için devletin denklemi.In most incomible analysis, only yoğunluk ve vizity:0)Reference Basınç) ve (default 101325 Pa) için uygun bir şekilde uygulamanız için uygun bir şekilde ayarlanır.

Sınır Koşulları

  • [FONT:0)Inlet: [Dönetici: 0:1] hız (mevcut ve yön), toplu akış oranı veya toplam baskı için. Basınç kaynaklı akışlar için baskı daha sağlam.
  • [FONT:0)Outlet: [Dönder: [Dönderlik basınç çıkışı kullanın. Çıkış geri dönüş varsa, yakınlık geliştirmek için arka akış yönü spesifikasyonu etkinleştirin.
  • [FONT:0)Walls:[Dönemli:[Dönemli) duvarlar (velocity = 0). Hareket duvarları için (örneğin, dönen miller), bir tangkanlıklı hız veya kullanım [Dönetici:2)Rotating Wall).
  • [FONT:0]Symmetry:[Döneticiniz 1) Eğer geometriniz simmetrik, sadece yarı veya çeyrekte ağ boyutunu azaltmak için bir simetri sınırı koşulu uygulayın.
  • [FONT:0)Açıklama:[Dönemli akışlar için, sıvıya giriş ve özgürce çıkma izin vermek için baskıyı uzak alana veya açma sınırları kullanın.

Heat Transfer Tahminleri

Sıcaklık etkileri önemlidir, ESRAT:0)Energy) fizik modelinde. Konjugate ısı geçişi için, sağlam bölgeyi da ağlamalısın ve sağlam bir malzeme atamanız gerekir. Akış-solid arayüzü otomatik olarak ısı ve ısı flux çift olacaktır.

Birçok mekanik parça için, isoterm (konstant sıcaklık) simülasyonu, akış kalıpları ve baskı damlalarını değerlendirmek için yeterlidir. Sadece ısı transferlerini veya soğutma performansını tahmin etmeniz gerektiğinde.

Solver Ayarları ve Simülasyonu Koşuk

Kombine başlamadan önce, yakınlık ve doğruluk geliştirmek için birkaç anahtar parametre ayarlama:

  • [FONT:0)Discretizasyon programı:) Daha yüksek doğruluk için ikinci sırayı kullanın. İlk sipariş daha istikrarlı ama sayısal difüzyonu sağlar.
  • [FONT:0)Under-relaxation faktörler:[Dönetici değerleri çoğu durumda çalışır.Hasta- problemler için, baskı ve ivme için alt-relaxation (e.g., 0.3 for pressure, 0.7 for acceleration) için.
  • [FONT=0)Convergence kriteri:[Dönetici:[Dönetici:0) Süreklilik ve 1e-5'e süreklilik için yer alan hedefleri belirlemek için. İzleme güçleri (drag, asansör, tork) seviyelenmiş olduklarını doğrulamak için.
  • [FONT:0) Parallel işleme: [Dönetici: NX paralel çözücüleri destekliyor (SMP). 5 milyondan fazla hücreye sahip ağ geçidi için, zaman çözme için 4-8 CPU çekirdeği kullanın.

Çözümü çalıştırmak için, [[Döntgen:0)Solve) ikon. Kombine penceredeki çözücü loglar ilerleme kaydeder.Eğer oturma veya osilasyon için kontrol, ağ kalitesi sorunları için kontrol edin, gerçekçi olmayan sınır koşulları veya yetersiz ağ çözümü. Yakın bir çözümden yeniden başlatma ve yeniden başlatma bazen yardımcı olabilir.

Orta derecede karmaşık bir mekanik kısım için tipik bir sabit devlet simülasyonu (2-5 milyon hücre) 30 dakikadan birkaç saat sürebilir.(T:0)Dış İzleme) Gerçek zamanlı olarak yakınlaşma tarihi görüntülemek için.

Post-Processing and result Interpretation

Çözüm bir araya geldiğinde, [[Döneticiler[[Dönler)[[Dönler:0)Results[[Döneticiler[Döneticiler) klasörü sunar. NX kapsamlı bir post-işlem ortamı sunar:

  • [FONT:0)Contour arsaları: [Dönder: [Dönderlik, hız, sıcaklık veya türbülans yoğunluğu yüzeyler ve kesme düzlemleri üzerinde yoğunlaşır. Sonuçlara tam tıklama ve seçme [Dönlendirme:2Post-Processing).
  • [FONT:0)Vector arsaları:[Dönder:[Dönder: 1 ) Show akış yönü ve büyüklüğü. recirculation bölgeleri ve vortices tanımlamak için kullanışlı.
  • [FONT:0]Streamlines:[Dönler:[Dönler:[Dönler:[Dönler:[Dönler:[Dönler:[Dönler:) Takip edilen giriş noktalarından seçilen İz Parçacık yolları.
  • [FONT:0]XY arsaları:[Dönler:[Dönler boyunca sayısal veriler veya puanlar için - örneğin, baskı düşüş vs. akış oranı veya bir bölümde hız profili.
  • [FONT:0)Reports:[Dönder: NX) NX, aİLFLT:2)Simulation Report) Sayı akış hızı, ortalama baskı, iç / dış sıcaklıklar ve seçilmiş duvarlarda kuvvetler.

Mekanik Parçalar için Anahtar Topları

  • [FONT:0)Basın bırakma:[Dönetici:[Dönetici:0)) Pompalama güç gereksinimlerine karşı değerlendirmenin kritik olması.
  • [FONT:0)Velocity dağıtım:[Dönetici:[Dönetici:0) Soğutma kanalları veya bir kapak limanında, noktaları veya cavitasyonları önlemek için üniformalı akış sağlayın.
  • [FONT:0)Wall Shear stresi:[Dönderler bölgelerinde erozyona veya foulinge eğilimlidir. Yüksek hear yakın yüzeyler de aşırı sürüklenmelere neden olabilir.
  • [FONT=0)Flow kat (Cv veya Kv): [DDÜS 1: 1) valfler için, akış baskı ilişkisini çıkarın ve ampirik verilerle karşılaştırın.

Sürekli bir simülasyon koştuğunuz yerine, statik bir kontrasep arsa genellikle yeterli olacaktır.

Tasarım Optimizasyonu ve Iteration

NX'deki gerçek güç, simülasyon içgörülere dayanan tasarımı da yapabilmektir. Çünkü simülasyon usta CAD modeline göre, bölüm geometrisini değiştirebilir ve minimum rework ile tekrar çözebilirsiniz. NX aynı zamanda entegre optimizasyon araçları sunar:

  • [FONT:0) Deneylerin Tasarımı (DOE): ), Ayık yarıçak, geçiş çapı veya vane açısı otomatik olarak ve duyarlılığı anlamak için birden fazla simülasyon çalıştırın.
  • [FONT:0)Goal-Driven Optimizasyonu:) Define hedefleri (kesin baskı damlasını, en üst düzeye çıkarma) ve kısıtlamalar NX, gradient tabanlı veya genetik algoritmaları kullanarak en iyi geometriyi arayacaktır.
  • [FONT:0]Morphing:[[Dönetici:[Dönetici:0))) Tüm ağ yapısını yeniden üretmeksizin şekillendirmek için NX'in ağ yapısını kullanarak kullanın.

Örneğin, simülasyon bir hidrolik tabakada% 15 baskı düşüşü gösterirse, şişenck kanalının çapını 2 mm'ye yükseltebilirsiniz, sadece bu bölge ve yeniden dengeler içinde birkaç tane iterasyonlar içinde, hedef diferansiyel baskı ile bir araya gelen bir tasarımla bir araya gelirsiniz.

Bu kapalı-loop simülasyonu-güdümlü tasarım, fiziksel prototipleme maliyetlerini ve gelişim süresini dramatik bir şekilde azaltır.

Geçerlilik ve En İyi Uygulamalar

Hiçbir CFD sonucu geçerli olmadan güvenilir olmalıdır. Mümkün olduğunda, simülasyon tahminlerini deneysel veriler veya el hesaplamaları ile karşılaştırabilirsiniz.In NX, you can:

  • XY arsalarında overlay deneysel noktaları overlay için [FONT=0]Kurallama[[Dönetici:0)
  • Bu kütle dengesizliğinin% 1'in altında olduğunu belirtmek (NX bunu çözücü logda rapor eder).
  • Bir CUMHAL:0)Grid Convergence Index (GCI)[Dönetici: Orta ve iyi arasındaki fark % 5'ten daha azsa, ağ bağımsızlığı elde edilir.

Ek en iyi uygulamalar:

  • Her zaman aynı birimleri her zaman kullanır -NX simülasyon dosyasında birimleri ayarlamanıza izin verir.
  • Sürekli kontrol noktaları kurtarın. NXTORT:0)Restart Files) uzun süren simülasyonlar için.
  • Sizin için geçerli olan bilginiz: 0.Mesh İstatistikler[[[Dönetici: 1)[Dönetici: element sayar, skewness, vs. Bu, tutukluluk ve raporlamaya yardımcı olur.
  • Geçici simülasyonlar için (örneğin, valf açma), CFL numarasına dayanan uygun zaman adımları (tipik olarak < 1 for open programs, < 5-10 for ikrat için).

Daha fazla okuma için, resmi olarak )Siemens NX Akış Belgesi) ve kapsamlı WikiFLT:2)CFD Online[D 3) genel CFD teorisi için bakınız.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Akışkan dinamik simülasyon için Siemens NX kullanarak mekanik mühendislere güçlü, entegre bir araçla analiz etmek ve parça performansını optimize etmek için donatmak - temiz bir geometriyi kullanarak, kaliteli bir ağ oluşturmak, uygun bir fizik kurmak, sağlam numerics ile çözmeniz ve post-işlem sonuçları ile çözümleyebilmek - akış davranışı, baskı dağılımı ve termal etkiler. associative design-simülasyon bağlantı hızlı bir şekilde iterasyon sağlar, yüksek performanslı bir tasarımla bir araya gelmenizi sağlar. Mastering CFD ile iş için, ancak ücretlendirme maliyetlerine derin bir anlayış elde edebilirsiniz, daha kısa sürede yüksek kaliteli bir ürün, yüksek kaliteli bir şekilde geliştirilir.

Basit iç akış problemleri ile başlayın ve yavaş yavaş karmaşıklığı artırır. Gelişen beceriler mühendislik araç kutunuzda vazgeçilmez hale gelecektir, gerçek dünya koşullarını simüle etmenize ve performans hedeflerini karşılayan veri odaklı tasarım kararları almanıza izin verir.