Flotherm Advanced Resistance高级平面阻尼详解

在Flotherm智能零件中,阻尼Resistance是其中最简单也是最复杂的一种智能零件,说其简单,是因为其形状简单,参数少。说其复杂,是因为其参数难以理解,绝大多数工程师在建模过程中不知道如何输入阻尼参数。对于高级平面阻尼,本来打算在写完Flotherm教程过后再写,但是近日一朋友因工作需要,再三要求,因此提前写了。本文以一个工作中常遇到的实际案例,一步一步的讲解如何得高级平面阻尼的各种参数,并进行阻尼验证。由于仿真中需要使用较多的Flotherm知识,本文仅适合于能熟练使用Flotherm的朋友们,不适合刚入门的朋友。

高级阻尼参数分析


Advanced Resistance高级阻尼参数设置面板如下,从下图中我们可以看到,在Flotherm高级阻尼中,只需要设置四个参数,A Coeficient, B Coeficient, Length Scale和Index,但是,这四个参数分别代表什么意思呢?

Flotherm advanced resistance参数分析

理论分析


在Flotherm高级阻尼中,理论计算公式如下:

Flotherm advanced resistance 计算公式
  • ΔP:高级阻尼压降
  • a:高级阻尼参数中的A Coeficient
  • b:高级阻尼参数中的B Coeficient
  • μ:空气粘度(Viscosity),可以在Flotherm中通过编辑流体查看
  • ρ:密度(Density),也可以在可以在Flotherm中通过编辑流体查看
  • v:空气速度
  • l:即高级阻尼参数中的Length Scale,此值为求解域内的几何长度值,只要在计算中保证公式中的此值高级阻尼设置中的Length Scale一致,此值可以任意设置,与通常设置为1m或者1mm,方便计算。仿真中,为了便于理解,也可以将此尺寸定义为阻尼厚度,但是切记此值在计算中保证公式中的此值高级阻尼设置中的Length Scale一致
  • i:即高级阻尼参数设置中的Index,理论上来说,此值可以为任意值,因为此值与a和b值是互相影响的,实践中,为了便于计算,通常将此值设为0

通过上面的理论计算公式分析,我们可以知道,想要得到正确的阻尼压降值,除了那些已知的参数外,需要得到的只有a和b值。下面我们就通过实例,一步一步的讲解如何得到一个阻尼模型的a和b值。

问题描述


某产品中有一通风孔,如下图所示,由于其形状不规则,不能使用打孔板来代替。若创建详细模型,又需要比较多的网格,因此,使用阻尼来进行建模是一个比较好的选择。

Flotherm advanced resistance问题描述
  • 模型中空气流动方向
Flotherm advanced resistance高级阻尼实例
  • 模型尺寸
Flotherm高级阻尼实例模型尺寸


详细模型仿真


想要得到此通风孔的高级阻尼参数,必需要有其风阻曲线,即空气压降和速度的曲线。因此,我们需要先在Flotherm中建立一个数值风洞,来对此通风也进行仿真。由于此通风孔在宽度方向尺寸一致,为了加快仿真速度,我们可以将其简化为二维模型进行仿真。同时,由于此通风孔在高度方向上的各个孔也是一致的,我们只需要仿真其中的一个孔,就可以得到其风阻曲线。具体的各项仿真参数如下:

  • Type of Solution: Flow Only
  • Dimensionality: 2-Dimensional
  • Fluid:Air at 30 DegC, 1 atmosphere
  • Temperature: 30 DegC
  • 建模尺寸:按模型尺寸图建模,注意由于只需要建立一个孔的模型,孔上下壁的厚度应该为正常厚度的一半,即0.5mm,如下图所示
Flotherm高级阻尼实例尺寸
  • 求解域设置:求解域总长度为21mm,即模型前长9mm,即模型后长9mm
  • 求解域边界:由于此模型为2D数值风洞,因此,将求解域边界在Y和Z方向设置为Symmetry,X方向则保持Open
  • Fixed Flow:在求解域入风口建立一求解域,其风速设置为0.1m/s
  • 监控点:在求解域左则和右则各建立一监控点
  • 网络设置:采用系统默认精细网格,并为模型增加如下图所示的局部网格,以精确求解压降
Flotherm advanced resistance高级阻尼网格设置
  • 完整的模型如下图所示
Flotherm高级阻尼完整模型图

模型求解


求解后查看监控点,可知模型前后压降为1.004 Pa,空气流动如下。

高级阻尼求解结果

Commend Center求解


打开 Commend Center,设置Fixed flow风速为输入变量,入风口处风压为输出变量。风速如下图所示。

Flotherm高级阻尼空气速度

Commend center求解结果如下图所示:

Flotherm高级阻尼commend center求解结果

 

Excel处理数据


将风速数据和求解结果输入到Excel中,如下图所示:

Flotherm advanced resistance高级阻尼excel数据处理

利用求解得到的数据在EXcel中制作散点图,如下图所示:

Flotherm advanced resistance高级阻尼excel数据处理


为散点图增加二项式趋势线,并在图中显示二项式公式,趋势线二项式设置如下图所示:

Flotherm advanced resistance高级阻尼excel数据处理


趋势线增加成功后,如下图所示,可以在图中查看到二项式公式,本例中二项式公式为:y=64.553x^2+4.1581x,注意后续要使用此公式来得到高级平面阻尼参数:

Flotherm advanced resistance二项式公式

查看空气参数


回到Flotherm中,点击编辑Fluid,查看空气粘度(Viscosity)和密度(Density),如下图所示,Viscosity=1.84e-05N s/m^2, Density=1.1614kg/m^3。

阻尼参数计算


比较Flotherm高级阻尼计算公式与我们前面在Excel中得到的二项式公式,发现两者很像,实际上此公式即为平面阻尼计算的二项式公式,因此,前面得到的二项式公式y=64.553x^2+4.1581x中的y即为平面阻尼中的压降ΔP,x即为空气速度v。所以,当i=0时,我们可以得到如下两个等式:

高级阻尼公式a

高级阻尼公式b

在上面两个式子中,我们知道u为空气粘度(Viscosity),u=1.84e-05N s/m^2,ρ为空气密度,ρ=1.1614kg/m^3。参数 l 可以理解为平面阻尼的厚度,本例中为3mm,因此,我们可以求得a和b值,计算中注意为了单位统一,需要将3mm转换为0.003m,计算可以得到如下两值:
a=1355.9
b=111.164

高级平面阻尼验证

为了验证我们得到的a和b值是否正确,可以将Flotherm详细模型另存一新项目,并删除项目内的详细模型,原位置新建一平面阻尼模型,设置参数如下:

高级阻尼参数设置

并再次进行求解。求解结果如下:

高级阻尼比较

从上图中我们可以看到,当使用高级阻尼模型来代替详细模型时,除了在低风速的情况下有一些误差,在高风速的条件下,误差几乎为0。因此,我们可以放心的将此Planar Resistance用于产品级仿真中。

 

备注:在产品热仿真中,不必要每次都进行此仿真来得到a和b值。可以提前将公司常用的通风孔或者栅格阻尼模型计算出来并保存到库文件中,需要使用时就可以直接调出来了,避免重复进行仿真。
 

评论

Command Center最少要求多少个点啊?

厉害了,解决了我一直以来的一大疑惑啊。

一下午还没有做出来,验证那一步始终有问题,怎么会事啊?

@Honglei,最少要求三个点,点越多,精度越高。

@竹林 看看是不是Long Scale的单位没有修改啊?默认的单位是米,本教程使用的单位是毫米。

果然是单位错了,高手就是高手,谢谢。

@Thermal-design Excel二项式那里得出来的公式第二项是负的怎么办啊?为什么我按网站上的做就是正的,自己实际做就是负的,郁闷。

请问一下那个Excel的散点图能不能详细的讲一下啊?我的好像跟例子里的不一样啊。做到这里卡住了。

解决了我很久的疑惑。

請問一下體積阻尼的算法也是一樣的嗎?謝謝.