流体仿真软件在在解决系统故障中的应用

来源：controldesign Several flow simulation packages are available to solve problems in everything from injection molding to designing hydraulic and pneumatic controls. So, don’t build and break prototypes. Instead, simulate the problem. 一些流体仿真软件包可以解决从注塑模型到设计液压和气动控制模型的任何问题。所以，不用建立和解析其模型，而是通过仿真软件包仿真出现的问题即可。 工程师们被难住了。在位于安大略湖畔，宾夕法尼亚州Hilton镇上Monroe县的污水处理厂中一个大型泵站出现了振动问题。他们在变频传动装置上安装了来自IMI传感器公司的4-20mA的振动传感器。这些传感器将其振动数据传给SCADA系统，所以他们能看到问题的出现。然而，他们仍然不能确定为什么其振动信号会在某些电机转速情况下偏离其标称范围。 因为怀疑其叶轮组件出现问题，所以工程师们反向冲洗了这些水泵，但并没有发现其叶轮的碎片。他们对其进行碰撞试验和起停测试，结果发现了共振现象。为了消除这种共振，典型的解决方案是硬化或“软化”其模型。“我们不愿将增稳装置随便安放在任何位置”，Monroe县水利部的主管Jeff Helfer说，“因为它可能会使其问题转移到另一个区域，或可能会引起另一个固有频率。” 假设你给你的设备、或者可能是安装了你的设备的系统集成商提供了电动泵。当你的客户打电话抱怨你所提供的电机和传动装置出现了共振问题时你该怎么办？你知道该问题出现在哪儿吗？ 该问题的解决办法是采用运行失真仿真（ODS）来确定该泵为什么会在各种流动条件下产生振动。Helfer在仿真器中建立了电动泵的模型，并测试各种增稳系统和消除共振的方法。如果没有这种仿真工具的话，他们将必须使用试错的方法。 为了完成填充和分配、热成型、注塑模型、保压成型、吹塑成型及其钢铸件等功能而制造的机器也有各种与流动相关的问题。例如，根据爱荷华市爱荷华大学的助理研究工程师Richard Hardin的研究表明，在连续铸钢的生产过程中冷却板坯时其流动问题就会出现。 “根据铸造速度控制冷却水流速度的实际应用会导致板坯温度的瞬时变化，必须动态控制所喷出的冷却水，且要是使用仿真工具的话，那么基于计算机的控制模型就为可靠的动态控制提供了最好的方法。在这种情况下，该试错方法就不再起作用。”他解释说。 机器制造者在设计一种新的机器，或试图控制其原料流量、热传递关系或使过程有效运行所需的冷却程度时，经常使用这种试错方法。通常情况下，他们建造一部分样机或系统，并让它工作，当无法使它工作时，就返回到制图板原理中去尝试其它实现模型。这是一种成本高且费时的解决问题的方法。 现今，不再采用这种试错方法，而是在你开始设计之前，你可以先在计算机上仿真液体流动和热传递状态，在分类控制设置中仿真各种模型，而且能知道机器或其部件将如何作出反应。Fluent的网站介绍并给出了一些与液体流动相关的解决方案： • 过滤和分配方案 仿真液体流动、提供填充时间、预测被堵塞空气和气泡、喷射等状态。它帮助用户设计其喷嘴和分配器。 • 热成型方案 仿真模型部件的壁厚分布，提供温度控制和模型运动控制等信息。 • 流道平衡方案 在仿真注塑模型中使用流道弯曲周围原料的流动状态，仿真结果帮助设置其温度控制参数，以确保恰当的原料流动。 • 吹塑模型方案 仿真吹塑模型的各个阶段，包括保压、交错断裂、吹塑和冷却。 与此同时，Moldflow公司专门开发注塑模型仿真软件。其流体仿真工具帮助机器制造者设计注塑模型设备，而其仿真软件则帮助安装、优化、控制和监控这种机器。“机器的部件、原料或模型越复杂，其信息处理窗口范围越窄，同时在生产过程中连续监控和优化的需求就越高，” Moldflow公司的业务经理Ken Welch说。 Welch 补充道，“产品的生产能力和产量最终取决于熔体从机器流入模型的速度、可靠性和其质量。”换言之，针对不同的参数，可能真实再现许多仿真过程。所以，任何帮助确定其界限和设置控制参数的仿真软件有助于优化机器的运行。