Публикации
Усовершенствование гидравлических систем
при помощи CFD
«Корабельный двор» Бенетти, расположенный в Viareggio, принадлежавший семье Бенетт с момента своего основания в 1873 году, в 1955 году перешел к Азимуту.
Мощная вычислительная техника расширила возможности инженерного моделирования для автомобилестроительных компаний, оптимизируя решения в области внешней аэродинамики и разработке двигателей ...
Dr. Ulf Specht, IABGmbH, Germany
При полном усталостном анализе большого самолета может быть использована детальная информация об испытаниях каждого агрегата, что поможет одновременно сэкономить время и деньги. Такой всесторонний анализ может быть проведен легко и быстро при помощи CFD. В данной работе STAR-Design использовался для прогнозирования потерь давления в гидравлической системе использующейся для того, чтобы противостоять внешним силам, действующим на крыло, которые являются причиной смещения и деформации. Результаты моделирования сравнивались с результатами эксперимента и была получена очень высокая точность моделирования.
Тестируемое оборудование
Чтобы приложить к крылу нагрузки, требуется сложная гидравлическая система с большим количеством гидравлических цилиндров. Во время эксплуатации гидравлические цилиндры управляются сервоклапанами, которые являются частью общей системы управления. Во время операции отключения только неактивные клапаны управляют потоком жидкости и, следовательно, давлением. Давления должны быть выровнены во время пуска, следовательно можно получить детальную информацию о потерях давления между камерами на обоих сторонах привода поршня.
CFD моделирование.
Геометрия гидравлических каналов привода, магистрали клапана и самого клапана была построена при помощи STAR-Design. Объемная сетка, состоящая приблизительно из 1 миллиона ячеек, была получена путем триангуляции поверхности в сеточном генераторе pro-STAR и генерирования гладкой сетки с тремя пристеночными слоями в pro-STAR. Участок сетки и распределение давления показаны на рисунке 1.
Чтобы получить общее представление, сначала анализировался случай устойчивого состояния. Поток предполагался установившимся, несжимаемым и турбулентным. В качестве модели турбулентности была выбрана стандартная k-ε модель. В качестве жидкости использовалась специальная жидкость для гидравлических систем, с нормальной рабочей температурой 55оС и соответствующей вязкостью.
Типичное поле потока приведено на рисунке 2. Оно характеризуется сильным завихрением в клапане, в то время как в других точках канала на поток лишь слегка подвержен влиянию эффектов турбулентности. Это означает, что настраиваемый клапан и является основной причиной перепада давления.
Рисунок 1
Рисунок 2
Сравнение с экспериментами.
Чтобы подтвердить результаты CFD моделирования, были проведены экспериментальные исследования с такими же условиями. Потери давления были измерены при различных скоростях потока и различных диаметрах.
Получено хорошее соответствие результатов моделирования и эксперимента (рисунок 3).
Соотношение между скоростью потока и потерями давления почти квадратичное, и необходимо истолковать параметры, которые описывают это соотношение, чтобы оценить поведение низкоскоростного потока.
Как основной результат, происходящие эффекты были осмыслены в большей степени, чем если бы они были получены только исходя из экспериментальных исследований. Эффект от изменений геометрии мог быть получен быстрее при численном моделировании, что намного дешевле, чем при экспериментальном исследовании.
Рисунок 3
Выводы
При использовании STAR-CD может быть получен очень точный прогноз потерь давления, вызванных геометрической сложностью каналов и настраиваемого клапана. Продемонстрировано, что комбинация численного моделирования и эксперимента помогает сэкономить время и деньги.
