FloEFD 參數(shù)研究（Parametric Study）指南 (EFD.Lab V9.1) – 簡易彈簧閥
Matt Milne, Mentor Graphics, Mechanical Analysis Division 31st March 2009 

熱設(shè)計(jì) http://www.93ssc.com

介紹
本指南旨在仿真水流通過簡易彈簧閥，一個與室內(nèi)散熱器閥尺寸和外形類似的閥門來介紹FloEFD 參數(shù)研究能力。組件中閥門位置通過匹配距離定義。液體通過閥門組件底部的入口處流入，經(jīng)旁側(cè)的出口處流出。推動閥門打開的流體壓力與一個彈簧相對立，彈簧的作用在于推動閥門關(guān)閉。
組件包含彈簧零件只是為了說明組件結(jié)構(gòu)不包含機(jī)械分析。另外，彈簧的作用在參數(shù)研究中通過線性彈簧等式模擬：
FS=kx (Eq.1)
等式中：
FS =彈簧彈力
k=彈簧常量
x=彈簧壓縮距離
說明：本指南僅為介紹FloEFD 參數(shù)研究能力，所以指南中所用到的流動案例過于簡單，也許并不能代表真實(shí)的閥門。但是，指南中描述的流程卻可以應(yīng)用于類似的簡單或者復(fù)雜的問題上。
問題描述
Q1. 在何種位置時閥門所受彈簧壓力和流體壓力）處于平衡？
Q2. 當(dāng)閥門處于該位置時，體積流率是什么？
假定閥門中對應(yīng)彈簧的流動力根據(jù)線性彈簧等式Eq.1.變化。對應(yīng)流體的流動力，F(xiàn)F ，根據(jù)一個未知的函數(shù)變化，比如：
FF=f(x) (Eq.2)
現(xiàn)在的問題是找到Eq.1 和Eq.2（圖1）系列同步等式的數(shù)學(xué)解。

通過手動插值的方法創(chuàng)建系列結(jié)構(gòu)和獲取大范圍內(nèi)閥門位置的流動解決方案都可以靈活地解決問題。然而，對于大多數(shù)實(shí)際問題，手動方法顯得沉悶并且過于耗費(fèi)人工。相反，使用FloEFD 的參數(shù)研究能力可自動完成項(xiàng)目。

指南
1. 打開parametric_study/valve_assembly01.sldasm
2. 設(shè)置body01 透明，注釋閥門結(jié)構(gòu)。重新設(shè)置body01 固體。
3. 使用Front Plane 創(chuàng)建剖面圖，顯示組件內(nèi)部。
4. 在Feature Manager 中擴(kuò)大匹配。右擊Distance1，選擇Edit Feature。
注意，匹配定義為兩平面間的距離，一平面為閥體另一為閥桿。
退出匹配定義，不需要保存任何修改。
5. 注意，在入口和出口已經(jīng)分別創(chuàng)建了LID1和LID2。依次右擊這兩個元件并選擇Show components。
6. 選擇Flow Analysis，點(diǎn)擊Wizard。創(chuàng)建一個新的結(jié)構(gòu)命名為param01，輸入評論“Simplespring valve demo – parametric study”（簡易彈簧閥演示 – 參數(shù)研究）。點(diǎn)擊 Next。
7. 選擇SI 單位系統(tǒng). 在Main 中設(shè)置Temperature 單位為Celsius (攝氏)。在Loads & Motion中設(shè)置Volume flow rate 單位為Milliliter/second(cm^3/s) (毫升/秒)。點(diǎn)擊Next。
8. 保留Analysis Type 選項(xiàng)的默認(rèn)設(shè)置（Internal, Exclude cavities without flow conditions,Reference axis = X）。點(diǎn)擊Next。
9. 設(shè)置Water 為默認(rèn)流體，點(diǎn)擊Next。
10. 再次點(diǎn)擊Next，接受默認(rèn)Wall Conditions 設(shè)置。
11. 再次點(diǎn)擊Next，接受默認(rèn)Initial Conditions 設(shè)置。
12. 設(shè)置Result resolution slider bar 為4， 點(diǎn)擊Finish， 完成Wizard。
13. 注意，F(xiàn)loEFD 圍繞整個模型自動創(chuàng)建計(jì)算域。所以，當(dāng)模型對稱，平面Z=0 后，我們可以利用對稱特性減少計(jì)算量。
選擇FloEFD analysis tree, 右擊Computational Domain, 選擇Edit Definition… 在Siz
在Boundary Condition 欄設(shè)置Symmetry boundary condition(對稱邊界條件) 為Z Max。

點(diǎn)擊OK，退出并最后隱藏計(jì)算域（右擊Computational Domain，選擇Hide）。
14. 在LID1 選擇入口面，右擊Boundary Conditions ， 選擇Insert Boundary Condition…設(shè)置Static Pressure(靜壓 力)為101825 Pa，點(diǎn)擊OK。
15. 在LID2 選擇出口面，右擊Boundary Conditions ， 選擇Insert Boundary Condition…設(shè)置Environment Pressure為默認(rèn)條件，點(diǎn)擊OK。
16. 右擊Goals，選擇Insert Global Goals…創(chuàng)建全局目標(biāo)為Min & Av Static
Pressure 和Av & Max Velocity。點(diǎn)擊OK，創(chuàng)建目標(biāo)。
17. 選擇Static Pressure 1 入口邊界條件，然后右擊Goals 并選擇Insert Surface Goals…創(chuàng)建一個Volume Flow Rate 目標(biāo)，點(diǎn)擊OK。
18. 右擊Goals，選擇Insert Surface Goals…從Feature Manager 中選擇整個valve01 元件。
點(diǎn)擊Filter Faces, 選擇Remove faces out ofcomputational domain （移除不在計(jì)算域中的面），點(diǎn)擊Filter（這一步驟將不包含在計(jì)算域中的面，即閥桿頂端的面移除）。
為Y 軸創(chuàng)建一個目標(biāo) – Component of Force，點(diǎn)擊OK。

19. 菜單欄選擇Flow Analysis, Insert, LocalInitial Mesh…
按住Ctrl 健，選擇body01 內(nèi)的斜面、閥門的斜面、閥門頂端面和閥桿面。
不要選擇Automatic setting box。在Solid/FluidInterface 欄設(shè)置所有slider bar (滑動條)為0。
在Refining Cells 欄選擇Refine all cells box，設(shè)置slider bar (滑動條)為3。
在Narrow Channels 欄選擇Enable narrow channels refinement box。設(shè)置Characteristic number of cells across a narrow channel 為5，移動Narrow channels refinement level slider bar 到4。
點(diǎn)擊OK，接受所有設(shè)置。
20. 菜單欄選擇Flow Analysis, Tools,Parametric Study， 打開參數(shù)研究窗口。設(shè)置參數(shù)類型為Dimension，點(diǎn)擊Next。
21. 在Feature Manager 中，擴(kuò)展Mates（匹配），選擇Distance1 mate。設(shè)置parameter minimum 和maximum dimensions (最小化和最大化參數(shù)尺寸)分別為 1mm 和10mm （當(dāng)輸入mm 時，F(xiàn)loEFD自動將單位轉(zhuǎn)化為m）。點(diǎn)擊Next。

22. 在FloEFD Analysis tree 中選擇SGY – Component of Force 1 goal 作為參數(shù)研究的目標(biāo)。點(diǎn)擊Next。
23. 設(shè)置Dependency type 為Formula。
在Parameter definition formula box 中，我們需要定義彈簧等式，比如，彈簧彈力， FS=kx

k=彈簧常量
x=彈簧壓縮距離
通過在Parameter definition formula box中輸入5★可以將彈簧等式輸入，點(diǎn)擊Add。
輸入等式：5★D1 Distance valve_assembly01.Assembly 點(diǎn)擊Next。
24. 設(shè)置Study convergence criterion 為 0.001N ， Maximum number of calculations 為10。
選擇每一個新計(jì)算欄的Create a new configuration（創(chuàng)建一個新的結(jié)構(gòu)）。選擇Create a new configuration 才能保存研究的每一位置的結(jié)果，否則只保留了最后的結(jié)果。
點(diǎn)擊Next。

25. 使用Summary table 窗口保證所有的信息正確無誤地輸入，然后點(diǎn)擊Run，開始運(yùn)行參數(shù)研究。
26. 在研究項(xiàng)目運(yùn)行時，在Parametric Study 窗口顯示結(jié)果匯總。研究中的任何一個位置均可對應(yīng)打開一個新的求解窗口，這個新的求解窗口與一般的獨(dú)立FloEFD 計(jì)算功能一致。
27. 當(dāng)運(yùn)行完成后，summary results 窗口會顯示提示，當(dāng)閥門大致打開4.9mm 時，parameter study 收斂，這是閥門流體壓力和在第23 步驟通過彈簧等式定義的彈簧彈力平衡的位置。每一位置的parameter study 結(jié)果顯示于圖2。點(diǎn)擊Cancel 關(guān)閉Parameter Study 窗口。圖2 – Parametric Study 結(jié)果

結(jié)果
按照一般的方法使用Configuration Manager 可以選擇保存的結(jié)構(gòu)(詳見步驟24)，并可以按照處理一般的獨(dú)立FloEFD 計(jì)算的方法，載入或進(jìn)行后處理這些結(jié)果（圖3）。
圖3 – 模型速度曲線切面

在Configuration Manager 中確認(rèn)選擇了命名為”dimension = 0.00492943”的最后結(jié)構(gòu)。使用Load/Unload 鍵載入這個結(jié)果。
在FloEFD 結(jié)果樹中，右擊Goal，選擇Insert…點(diǎn)擊Add All，OK，創(chuàng)建目標(biāo)的Excel 表。
檢查匯總表, 核實(shí)結(jié)構(gòu)的體積流率大致為57cm3/s (圖4)。指南結(jié)束。

FloEFD資料下載:  FloEFD參數(shù)研究指南.pdf  

 

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