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[分享] PumpLinx软件简介及其在船舶行业CFD仿真中的应用 海基科技

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群组清華

发表于 2017-6-19 15:03:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
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1. 船舶行业流体分析关注点及技术难点       随着计算机技术的发展, 通过仿真方法虚拟再现设备的工作状态已成为各研究单位的主要研究手段。数值仿真可以预测设备正常工作时的各个指标参数,研究设备尺寸参数对性能的影响,亦可分析设备故障状态下的指标变化情况,对故障排除具有较大的指导意义。具体到船舶行业的流体分析,主要关注点总结如下: 船用泵阀部件的分析,包括各种油泵、液压泵、高压阀门、舵机部件等的流量、压力、速度特性分析,流量-压力等性能曲线分析,阀门动态特性分析, 高压喷射分析, 空化效应分析以及流体与其他学科的联合分析; 船用水下航行体部件分析,如螺旋桨/喷水推进器动力特性、空化性能分析, 水下航行体空泡/超空泡分析及与其他学科的联合分析, 如流噪分析; 船舶相关流体系统分析,如系统空化、水锤分析,系统压力脉动分析,匹配性分析,系统内详细的流场现象解析等; 船体设计分析,如船体速度分析,船体阻力分析,船体下沉和摇摆分析。       对于传统的 CFD 软件来说,进行船舶行业流体分析时,在网格建模、动网格描述、多相流分析及求解速度及精度上都有一定的局限性。在网格建模方面,船用流体机械结构复杂,且网格质量要求较高,部分机械网格尺度差异悬殊,因此, 对于船体或船用发动机部件的网格的加密控制,网格质量及数量的控制非常重要。对于传统 CFD 软件而言,前处理工作不仅困难,并带来巨大的工作量;动网格描述方面,螺旋桨、泵推、泵阀、船体运动等都需要用动网格描述,阀门的运动也需要用动网格描述,且必须考虑动力学关系,即船用机械分析涉及到多个自由度分析和网格运动,一般而言需要进行二次开发,难度较大;多相流分析方面,传统 CFD 软件对泵及螺旋桨的空化分析,水下物体的超空泡分析,以及船体自由液面的分析存在技术上的不准确性;在求解速度及精度方面,船舶流体分析要求求解器具有一定规模的系统级分析能力,能准确描述多部件耦合的影响,传统的 CFD 软件难以胜任。       针对上述技术难点,美国 Simerics 研发的 PumpLinx 软件可以较好地解决上述技术难题。该软件基于 A shok.Singhal 和 Jiang Yu 等人提出的全空化模型,可精确求解包括空化、超空化在内的运动机械的复杂流动问题。其内置的 VOF 模型在船体的阻力和速度分析方面获得了高度的吻合。 同时该软件内置了多种运动机械模板,模板将 CFD 分析的流程和规范以及动网格开发等内容全部内置在软件中,对于船用机械的 CFD 分析而言,大大降低了技术难度并提高了效率。


2. PumpLinx  公司及软件介绍2.1公司介绍      PumpLinx 是 Simerics 公司的产品。Simerics 是一家美国的动力学软件/咨询公司,总部位于美国阿拉巴马州亨茨威尔市,它的使命是通过高效率、高精度的CFD 仿真工具来支持工程师的技术研发。Simerics 的团队由科学家和工程师构成,他们的核心成员早在 1980 年就是 CFD 软件开发和应用方面的先驱者。他们将自己的知识和经验与先进的计算物理、计算几何和软件工程相结合,给客户提供了新一代的仿真工具。Simerics 在 CFD 软件开发上坚持走面向企业用户的专业化道路,在航空、船舶、汽车、泵及工程机械行业都得到广泛应用。目前美国Flowserve、伊顿、格兰富集团等都是 Simerics 公司正式用户;在国内,中船重
工 704 所、705 所、哈尔滨工程大学、哈尔滨工业大学、一汽富奥、佳木斯电机、
北方发动机研究所、西安航空动力控制工程有限责任公司、北京长空机械厂、贵州红林机械等均是 PumpLinx 的正式用户。2.2PumpLinx  软件介绍      PumpLinx 是美国 Simerics 公司特别针对各种运动机械的流体力学模拟计算开发的 CFD 软件。PumpLinx 的核心部分是一个功能强大的CFD 求解器,可求解包括可压缩/不可压缩流体流动的传热、传质、湍流、空化、自由液面等在内的物理现象。在求解器基础上,PumpLinx 提供了多种运动机械模板,用于完成不同运动机械的网格生成、参数设置、非定常计算中动网格设置以及后处理数据自动采集等多项专用功能。它的目标是成为工程师最有力的数值模拟工具,帮助工程师更好的设计螺旋桨、喷水推进器、泵阀、压缩机以及船体等船用机械。PumpLinx  专业的运动机械模板       PumpLinx 具备专业的螺旋桨/喷水推进器/船用泵阀等运动机械模板, 可快速完成计算模型及边界条件设置。模板针对不同运动机械的 CFD 模拟将对应的流程和规范内置到 PumpLinx 软件中,使 CFD 模拟的设置简单化,保证了计算的
准确性和可靠性。
PumpLinx  独特的专有网格技术  高度自适应的二叉树笛卡尔网格技术:PumpLinx 包括一个自动化的笛卡尔网格生成器,它可以便利的生成 CFD 求解器可以高效求解的高质量网格。这个网格生成器采用专有的几何等角自适应二元树(geometry Conformal Adaptative Binary-tree)算法,既 CAB 算法,CAB 算法在由封闭表面构成的体域生成迪卡尔网格。 在靠近几何边界, CAB 自动调整网格来适应几何曲面和几何边界线。 为了适应关键性的几何特征, CAB 通过不断的分裂网格来自动的调整网格大小,这是利用最小的网格分辨细节特征的最有效方法。
PumpLinx  的通用笛卡尔网格技术特点如下:       自动、快速的网格生成:用户选择一组封闭表面,点击一个按钮,网格完全自动的生成。对于大多数工程问题,可以在几分钟之内完成网格划分。       精确的表达原始几何:创建与曲面形状相匹配的网格,可以保证准确表达重要几何特征。CAB 也可以自动的增加网格密度来更好的分辨几何特征,用户可以直接设置曲面的网格密度来直接控制网格质量。       高质量/高效率的网格:CAB 通常生成更适合于高精度算法的迪卡尔六面体网格。对于同样的精度水平,与四面体网格相比数量更少。      能够容忍“烂”几何:许多 CAD 曲面并不是完全贴合。它们也许有小缝隙,或者是没有专门缝合在一起。如果几何包含这样的“烂”特征,许多网格生成算法会失败,因此在生成之前,几何必须清理干净。CAB 算法在一定程度上可以容忍“烂”几何。对于多数情况,CAB 基于“烂”几何可以生成合理的网格,而精度损失是可以忽略的,从而获得有意义的模拟结果。
  PumpLinx 运动机械模板网格技术:针对不同的运动机械模型,提供了一个模板化的网格生成器,通过一键式的操作专门生成泵阀等运动机械转子部分的结构网格。
  PumpLinx 通用模板网格技术:PumpLinx 内置通用的网格模板技术,可参数化生成棱柱体、六面体、圆柱体等的结构化网格,特别适用于某些特定结构的几何模型网格生成,在生成方式、操作步骤和网格精度上都更简洁、快速和优良。由此可见,PumpLinx 网格生成方式多样,技术优良,针对不同的结构特征可采用不同的网格生成方法,从而有效地提高网格生成速度、降低网格数量、提高网格质量。
独特的网格及模型参数记忆功能      PumpLinx 具备网格和模型设置参数记忆功能,即对于生成的已有的网格模型,可查看相关网格尺寸参数,且可以在原网格的基础上修改相关参数,新生成的网格模型会自动覆盖原来的网格,并保留所有模型设置信息如边界条件、动网格设置、自由度模型设置、求解模型设置信息等。对于船体的设计分析而言,得益于 PumpLinx 的网格和模型记忆功能,可以非常方便地进行船体的优化设计分析。如下图为某船体的网格模型,如客户有另一船体的分析模型,只需将分析模型的名称与 PumpLinx 的原模型保持一致,则利用网格记忆和覆盖功能,可以非常快速地生成符合分析要求的加密后的网格模型,并保持原有的计算模型设置、动网格和自由度模型设置等信息,实现船体 VOF 分析的模板功能。PumpLinx  稳健而精确的多相流技术 1.全空化数值模拟        PumpLinx 拥有工业界独一无二的空化(汽蚀)模型,该模型基于 Ashok.Singhal 和 Jiang Yu 等人提出的全空化模型。全空化模型是基于两相流的模型思想,用 Rayleigh-plesset 方程求解气泡变化的动态过程,引入了混合密度的概念, 并综合考虑了液体的可压缩性以及蒸汽的蒸发和凝结过程。对于非凝结气,PumpLinx 也提供了不同的子模型供用户选择,如固定气体质量分数、可变气体质量分数等。       PumpLinx 空化模型的特别之处在于对特别困难的问题,在其它软件都失败的情况下PumpLinx 依然可以收敛。除此之外,该空化模型不但能准确地预测汽蚀对效率的影响,还可以准确地预测汽蚀损害可能发生的位置, 当空化效应不可忽略时,这一能力对于许多问题都是很重要的。2.VOF  模型
       PumpLinx_4.0 版本已推出 VOF 两相流数值模型,并在许多案例中得到成功应用,其技术特点如下:严格遵守质量守恒及不可压缩项的体积守恒,可考虑任意项的可压/不可压特性,可采用隐式或显式时间格式,具有高分辨率的交互面捕捉方法,内置表面张力模型和壁面接触模型。目前 PumpLinx VOF 模型已成功应用于船体的自由液面模拟,轮箱油液润滑,油泵自吸,溢流堰流场仿真,溃坝以及搅拌器内流场仿真等验证等。结合 PumpLinx 的具体应用,PumpLinx VOF模型具有如下优势: 可处理具有复杂结构的模型 可考虑微米间隙问题 具备多种类型的网格技术,可针对不同模型采用不同方法划分网格 先进的移动/华东/变形网格之间的交互面技术(MGI) 可应用于多种类型的运动机械和阀门 可适用于大范围的动压改变 与实验值具有良好的吻合性 合理的计算时间,对于复杂问题亦是如此 具有良好的收敛性和稳定性。高效的求解器       PumpLinx 求解器是在传统的 CFD 求解器基础上进行开发和改进, 将其最新的数值技术与 PumpLinx 专有算法相结合,建立了一个比其它竞争对手更快速、更稳健的数值模拟工具。一般来说,在同等计算条件下,PumpLinx 计算速度比同类软件快 5 倍左右。       作为专业运动机械CFD仿真工具,PumpLinx可用于分析以下工程流体问题: 内流/外流 层流/湍流 多组分/多相流动 空化/气蚀 VOF 可压/不可压 亚音速/超音速 稳态/瞬态 导热/对流传热 多孔介质 浮力驱动流(重力效应) 旋转/平动等多自由度运动问题        PumpLinx 支持多核并行计算,以显著提高其计算速度,PumpLinx 结合强大的网格技术、快速的求解功能和并行求解能力,使得PumpLinx 可以有效实现三维系统级的 CFD 仿真,如 PumpLinx 已完成螺旋桨带船体仿真、喷水推进器整流场仿真、曲轴箱通风系统仿真、润滑系统仿真(包含油泵、阀门、管道及其他部件) 、冷却系统仿真等,实现了真正意义上的三维系统级仿真,并有效地为客户解决了实际问题。计算结果的可靠性      PumpLinx 可以精确模拟包括螺旋桨、喷水推进器、水下航行器等运动机械在内的的空化及超空化流动问题。


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群组清華

 楼主| 发表于 2017-6-19 15:07:39 | 显示全部楼层
pumplinx高级课程

课程内容
第一部分:带间隙离心泵数值仿真课程
模型分区讲解
网格划分讲解
求解设置及后处理分析讲解
气蚀余量仿真方法讲解
第二部分:柱塞马达/水表数值仿真课程
网格划分讲解
从动模拟参数设置讲解
求解设置及后处理分析讲解
第三部分:变排量滑片泵数值仿真课程
定排量滑片泵模型分析讲解
变排量滑片泵模型分区技巧
变排量滑片泵网格划分技巧
变排量滑片泵自由度模型设置讲解
数值求解设置及后处理分析讲解
第四部分:阀门仿真课程
球阀仿真讲解
滑阀仿真讲解
复杂阀门分区技巧讲解
复杂阀门数值模拟讲解
第五部分:泵阀联合仿真课程
外齿轮泵网格划分讲解
释压阀网格划分讲解
外齿轮泵-阀门动态特性分析参数设置讲解
求解及后处理分析讲解
第六部分:PumpLinx高级应用指导课程
PumpLinx支持函数介绍及简单代码应用讲解
PumpLinx动网格技术讲解
PumpLinx动态边界数据插值方法讲解,包括一维数组和二维数组插值介绍     

联系人:顾老师 15388633531
微信:wl920508

课程链接:http://edu.yanfabu.com/course/1009
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群组清華

 楼主| 发表于 2017-6-19 15:08:11 | 显示全部楼层
pumplinx离心风机(后弯式)设计
课程内容:主要包括离心风机集流器,叶轮,蜗壳的设计过程,以及与其他CAD/CAE软件的耦合
课程形式:线上直播
课程链接:http://edu.yanfabu.com/course/1082
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