[玄冰科技]承接CFD仿真、电子热设计、流体机械优化方面的外包

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玄冰科技有限公司:http://www.hzice.com)专业从事CFD仿真、电子热设计、流体机械优化方面的外包，并承担新人培养的服务。我们在公司网站上将曾经做过的案例展示出来了。如果大家有相关的业务，欢迎联系我们。同时本贴作为技术贴，如果有朋友有技术问题，我们愿意尽力帮大家解决一些技术问题，联系cfdltd@gmail.com
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以下几楼展示以下我们做过的CFD方面的项目，都是实实在在的工程问题，经过了产品开发的实际验证的。如果有对热设计感兴趣的，欢迎访问我们的网站。

[ 本帖最后由 lzzmn 于 2013-3-13 02:10 编辑 ]

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这个是杭州某仪表公司的在内蒙古氯碱应用的案例分析。较粗的是工艺管道，有工业气体在流动。两端较细的是两个法兰管道，安装有激光测量仪表。用户想知道，两个法兰管中气体的置换时间。如果置换时间太长，那么对测量的影响就不能忽略，需要做相关的结构更改。这种数据通过实验难以测量，因此求助于CFD技术。通过仿真，得到了两端法兰管内气体的置换时间小于15s，用户能接受。

        图中红色表示的是老气体，蓝色表示的是计时开始通入新气体。随着时间的推移，红色逐渐减少，意味着老气体被置换。两端的法兰末端还是会残留一点，但是占整个长度的比例很少，可以忽略。
        该模型是species transport。我用了两种气体表示不同的组分。其实是同一种气体，只是名字不一样。

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这个case是深圳一家很有名的医疗器械公司的项目。帮师弟做的，没有收费。项目的内容是：在一个很小的容器中装有液体，液体的底部封了一段气体，然后往该容器中注水，研究什么情况下底部的气体会被搅动起来。
        根据要求，计算了很多种不同的流速的情况。图1是流速为1.5m/s注射口在杯子顶部时的情况，发现不会有搅动起气泡来。


图2是流苏为1.5m/s，注射口在液面以下，气泡被搅动起来的情况。动画的帧数太多，播放速度偏慢


图3是注射口在页面以下，0.85m/s的注射速度，气泡没有被搅动起来的情况。

本case中使用的是vof的多相流模型；气体是可压缩气体，仔细看图3，没有被搅动起来的气柱，在随着注入液体增多压力增大后，气柱在缩短。

[ 本帖最后由 lzzmn 于 2009-7-9 12:33 编辑 ]

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这是一个电子设备热设计的案例。该产品中有一个光学器件BS，需要恒温在5度。而设备的环境最高可达到35度。同时，设备中的温度敏感器件SE的温度不能高于50度。
        首先进行热设计选型。使用TEC作为制冷器件。需要考虑机箱的温升，TEC的冷端要比目标温度低，而热端要比机箱温度高，因此，实际工作状态，最大的温差可能达到45度，而此时TEC的COP极低，只有0.3左右。因此，计算中将给BS一个负功率热源，即制冷端，大致计算了大概-10W；给散热片一个正热源，大概33W。
        系统采用底部进风，这样，冷风能直接吹在散热片上，后侧出风的方案。而温度敏感器件SE在整个热流路之外。仿真发现，系统能满足需求，但是散热片的温升比较高，是后期优化的重点。

        经过实验对比，仿真结果很可靠，BS的温度仿真结果为极限状态-8.6度，实测为-7.4度；散热片温度最高仿真结果为55度，实测为50度。考虑到测量误差，温度传感器实测的是器件表面与空气温度的权衡值，而不是器件本身的温度，该数据完全可以指导生产。

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1．卡门涡街的产生与现象
    为说明卡门涡街的产生，我们来考虑粘性流体绕流圆柱体的流动．当流体速度很低时，流体在前驻点速度为零，来流沿圆柱左右两侧流动，在圆柱体前半部分速度逐渐增大，压力下降，后半部分速度下降，压力升高，在后驻点速度又为零．这时的流动与理想流体统流圆柱体相同，无旋涡产生，如图3—7a所示．
随着来流速度增加，圆柱体后半部分的压力梯度增大，引起流体附面层的分离，如图3—7b所示．当来流的雷诺数Re再增大，达到40左右时，由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞，就在附面层的分离点S处产
生一对旋转方面相反的对称旋涡．如图3－7c所示．
在一定的留诺数Re范围内，稳定的卡门涡街的及旋涡脱落频率与流体流速成正比．

2．卡门涡街的稳定条件
并非在任何条件下产生的涡街都是稳定的．冯•卡门在理论上已证明稳定的涡街条件是：涡街两列旋涡之间的距离为h，单列两涡之间距离为  ，若两者之间关系满足
                          ＝1
              或                  h /  ＝0. 281                     （3－24）
时所产生的涡街是稳定的。
3．涡街运动速度
为了导出旋涡脱落频率与流速之间的关系，首先要得到涡街本身的运动速度  ．为便于讨论，我们假定在旋涡发生体上游的来源是无旋、稳定的流动，即其速度环量为零．从汤姆生定理可知，在旋涡发生体下游所产生的两列对应旋涡的速度环量  ，必然大小相等，方向相反，其合环量为零，由于对应两涡的旋向相反，速度环量大小相等，所以在整个涡群的相互作用下，涡街将以一个稳定的速度  向上游运动．从理论计算可得．  的表示式为
               ＝  tan h                                  (3-25)
对于稳定的涡街，将式（3－25）代入，有：
             =  tan h(0. 281  )=                          (3-26)
4．流体流速与旋涡脱落频率的关系
    从前面讨论可知，当流体以流速u流动时，相对于旋涡发生体，涡街的实际向下游运动速度为u－ur．如果单列旋涡的产生频率为每秒f个旋涡，那么，流速与频率的关系为
                       u－ur = fl                        (3－27)
    将式(3－26)代入，可得到流速u与旋涡脱落频率f之间的关系．但是，在实际上不可能测得速度环量  的数值，所以只能通过实验来确定来流速度u与涡街上行速度ur之间的关系，确定因注形旋涡发生体直径d与涡街宽度h之间的关系，有：
h＝1. 3d                        （3－28）
ur＝0. 14u                       （3－29）
将式（3－24），（3－27），（3－28），（3－29）联立，可得：
                  f＝  ＝  ＝         （3－29’）
                   0. 2u / d
也可将上式写成：
                  St＝   0. 2                        (3－30)
St称为斯特罗哈数．从实验可知，在雷诺数Re为3×l02－3×l05范围内，流体速度u与旋涡脱落频率的关系是确定的．也就是说，对于圆柱形旋涡发生体，在这个范围内它的斯特罗哈数St是常数，并约等于0．2，与理论计算值吻合的很好．对于圆柱型式的旋涡发生体，其斯特罗哈数St也是常数，但有它自己的数值．图3－8为圆往型旋涡发生体产生的涡街结构．

5．卡门涡街的数值模拟
计算区域9m×1m；直径为0.1m的圆柱，圆柱前有2.5m，后有6.5m。   St＝   0. 2   由此可得，涡脱落的频率为F＝0.2*u/d=0.2*0.01/0.1=0.02;则脱落周期为50s。流体为水，根据产生涡街的Re的要求，使Re＝1000，则流速为0.01m/s。
对圆柱周围使用边界层网格。网格模型如下：
计算使用1方程模型。首先进行稳态计算，计算收敛后，调整为非稳态计算。初时时间步长为0.01s，能稳定收敛后，一次调整为0.1s，1s，5s。调整到时间步为5s后，又计算了600s，这样使整个流场达到了稳定状态，脱落的涡充满整个流场。此时开始记录湍动能的云图。记录了10帧，共50s，刚好一个周期。使用CFD软件自带的功能生成了mpeg的动画，为方便传播，制作了gif的动画，可以看出，该周期与理论的一致，基本上看不出有显著的衔接过程。
稳态计算结果：


6．卡门涡街的危害
1940年11月7日，美国著名的塔科马海峡大桥在八级大风中产生了强烈的涡街发放，悄声发生了强烈的扭曲振动，振幅达56英尺，不到一小时，这座价值640万美元的建筑物崩塌化为碎石。我把录像转成gif格式了

[ 本帖最后由 lzzmn 于 2009-7-4 08:02 编辑 ]

lzzmn

文件太大，传不上来。

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这是一个网友的问题，网址如下：
非稳态问题，VOF模型，模拟水进入一个空的罐体的过程，我设置的是压力入口，入口都是水，
问题1、模拟1s后，发现显示速度图是不连续的，看起来好像是只进一股水，然后就没了，速度图显示的是这一股水的状态，入口出速度也变为0了，请教一下诸位，
问题2、我的入口速度大概是1m/s，但是进入到固体内部的这股水的速度确达到100多m/s，我给的重力是Z周-37.9，即使完全按照这个加速度，也不可能达到100多m/s的，罐体深度也就4.5m，请教一下有经验的人
http://www.cfluid.com/bbs/viewth ... &extra=page%3D1
网友把case传过来后，发现网格比较粗，adapt了网格，同时时间步减小为0.001s
问题解决：1。减小网格尺寸；2、减小时间步；3、“看起来好像是只进一股水，然后就没了，速度图显示的是这一股水的状态，入口出速度也变为0了”，因为你看的是速度图，不是流体的组分图。
空气的体积分数图，这个就可以看出水是连续的

流速图，这个是你关心de，用自由落体公式校验了一下，还是比较合理的。

case文件
[local]1[/local]

[ 本帖最后由 lzzmn 于 2009-7-9 01:21 编辑 ]

woodland

哇，用上FLUENT12.0了，羡慕！

laihai718

回复七楼：
    首先看了这个帖子让我真实大吃一惊，长了很多见识，不得不佩服楼主CFD的实力。其次，您在模拟7楼那个帖子的是时候好像是没考虑倾角吧，我的罐体是与水平面有一个倾斜的，看组分图，您做的流进流体的页面和桶的地面几乎是平行的，这个结果可能不太准确，现实的结果应该是水平面和桶的地面有个夹角，这个夹角就是桶体的倾斜角，就比如杯子里的水，不管你杯子怎么倾斜，杯子里的水自始至终都是与水平面的夹角是0度。这个问题可能是我事先加重力的时候方向加错了，实际的情况是罐体与水平面的夹角是15度，罐体匀速旋转。不知道这个加速到底该怎么加。

lzzmn

原帖由 laihai718 于 2009-7-9 03:21 发表

                               
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回复七楼：
    首先看了这个帖子让我真实大吃一惊，长了很多见识，不得不佩服楼主CFD的实力。其次，您在模拟7楼那个帖子的是时候好像是没考虑倾角吧，我的罐体是与水平面有一个倾斜的，看组分图，您做的流进流体的 ...

你给我的case中没有体现入流的倾角，我压根不知道你还有这么一说？
主要是帮你找问题，你自己再算吧。
你邮件中提到的问题我忘了回复了，在这里回复一下：
time size 是时间步长，number time steps  是时间步的个数。是从你点击了开始后开始计数，比如说，设置number time steps  为5，那么你点击开始，如果到了4步你停止了他，下次你点击还是，他还要算5步，而不是5-4步

lzzmn

原帖由 woodland 于 2009-7-9 01:58 发表

                               
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哇，用上FLUENT12.0了，羡慕！

试用版，试用版，低调，低调

xuyu

原帖由 lzzmn 于 2009-7-9 12:20 发表

                               
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你给我的case中没有体现入流的倾角，我压根不知道你还有这么一说？
主要是帮你找问题，你自己再算吧。
你邮件中提到的问题我忘了回复了，在这里回复一下：
time size 是时间步长，number time steps  是时间步的 ...

问题也太简单了点，建议提问题的朋友好好学学help

laihai718

原帖由 xuyu 于 2009-7-9 23:00 发表

                               
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问题也太简单了点，建议提问题的朋友好好学学help

惭愧，领教了哈。呵呵，可能是我对问题还没有描述清楚。

laihai718

原帖由 lzzmn 于 2009-7-9 20:20 发表

                               
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你给我的case中没有体现入流的倾角，我压根不知道你还有这么一说？
主要是帮你找问题，你自己再算吧。
你邮件中提到的问题我忘了回复了，在这里回复一下：
time size 是时间步长，number time steps  是时间步的 ...

谢谢你了哈。以后还请多多指点哦

lzzmn

这个case没有太大的技术难度，这是针对一个散热器的仿真。该散热器内的盘管是锆材，很贵的哦。目的就是仿真后进行优化，以减少锆材的用量。
        本case仿真的技术难度很低，后处理、优化建议才是一个CFDer真正水平的体现。用户刚开始设计时，换热器的结构中没有内筒的，这样大量的冷水从中间流出，发生“短路”，效果不好。我们建议其增加一个内筒，这样既可以减少水流量、有能增加流速，加强换热效果。经过多轮的仿真，我们得到了最佳的内筒尺寸，使镐管的长度减少到原来的2/3，省老钱了。
        模型图：

温度分布图

剖面温度分布图


做CFD，有个接近实际的结果不难，难的是，能提出可靠的优化改进建议，为客户创造价值，这才是水平，才是CAE行业存在的目的。但是，行业中很多朋友忽略了这个，因此，国内对此行业很不重视，只是一些较大的公司才有相关职位。建议CFDer在提高软件水平的同时，提高自身的素质。只是会用一个软件，那你迟早要被淘汰的。君不见好多厂商在做傻瓜软件，在努力把CFD工作让机械工程师都能做，solidworks已经有类似的模块了，CFDesign是最明确的软件。所以，CFDer，包括CAEr，不要仅仅死抠软件方面的能力，那样你只是个工具，是个执行者。自己应该对行业有深入的了解，利用CFD的技术，看到别人没看到的东西，来改进你的设计，做一个设计者。

[ 本帖最后由 lzzmn 于 2009-7-11 08:07 编辑 ]