CFA算例验证(1)— 变径管压强计算

之前介绍了Creo的流体分析模块CFA,今天就来验证一个简单的变径管压强计算。

说到动态流体,势必要牵涉到伯努利方程。先来简单回顾一下:

伯努利方程说的的流体中任意一个点,其压强、动压和重力势能的和为一个常数,后者说任意两个点这三项的和相等。p1,p2,v1,v2,h1,h2分别表示管路中两个不同点的压强,流速和相对参考点的高度。如果两个点的高度一样,则可以简化为以下的形式:

已知有以下管路,进水孔直径为50mm,出水孔为100mm,进水压强2atm,进水流速4m/s,求出水端流速和压强。

首先根据管路中流量相同原理,有A1v1=A2v2,这里A1A2是进水端和出水端的面积,可以计算出出水端的流速v2 = A1v1/A2 = 50^2*4/100^2=1m/s。

带入伯努利方程:

p2 = p1+1/2ρ(v1^2-v2^2) = 202650+0.5*1000*15 = 210150 = 2.074atm

出水端的压强为2.074个大气压。

接下来用CFA模拟验算一下这个结果。

首先使用“选择模拟流体域”命令选择建好的3D水路为流体域。

在物理模型中选择“湍流”。

点击添加边界条件,添加入口和出口

入口为压力入口,压力2atm,速度4m/s。

出口为速度出口,流速为1m/s。

主屏幕中的模型会显示入口和出口的边界条件。

点击生成网格,采用绝对值Absolute,将最大网格设为3mm,其它参数系统会自动调整。

检视生成后的网格:

在左侧菜单Physics->Common中检查最大迭代次数和稳态模拟。

在湍流Turbulence中确认收敛精度为0.001。

在后处理中添加xyplot,选择出水端压力参数作为结果输出。

点击“运行”开始模拟,大概300多次结果收敛到预设的精度。在模拟运行中可以点击xyPlot Panel监控收敛情况。

查看出水端的压强为2.064个大气压,跟理论计算结果很相近,相差0.01个大气压(0.01bar)

横截面压力分布云图:

速度分布云图:

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