基于VOF模型与动网格技术的油气悬架气液两相流数值模拟

发布时间：2019-11-29 21:35

【摘要】：针对某型大吨位矿用自卸车油气悬架为油气两相相互接触的特点,拟从多相流数值仿真的角度对其非线性刚度阻尼特性进行分析。首先,在探讨了现有多相流建模方法适用性、湍流模型适用性的基础上,结合VOF模型和动网格技术,在Fluent软件中建立悬架的气液两相流模型,并采用UDF方法对两相流模型的边界运动形式进行预定义。其次,模拟了悬架拉伸和压缩状态下的内部瞬态流场特性,得到不同时刻相应流道中的速度和压力云图,提取出气室内压力的变化以及悬架内因阀系结构而产生的压力差的变化,进而计算得到其刚度和阻尼特性曲线。再次,将所求力学特性曲线通过Spline函数导入ADAMS/View中,建立了某型矿用自卸车的多体动力学模型,开展了随机道路平顺性仿真分析,并借助实车道路振动测试验证了仿真结果的准确性。最后,通过两相流仿真分析了阻尼孔倒圆大小、开孔角度、不同单向阀开度对悬架阻尼特性的影响。
【图文】：

油气悬架,原始模型

图２油气悬架原始模型图３油气悬架简化模型表１油气悬架结构尺寸ｍｍ缸筒内径活塞外径阻尼孔直径单向阀直径３６８３４０８１５２．２模型计算域网格划分采用ＡＮＳＹＳ／ＩＣＥＭ软件对简化模型进行网格划分，考虑到单向阀和阻尼孔直径相对于整体结构尺寸较小，因此，对其进行了局部网格加密，并改善了网格质量，最终网格数大于１２０万。模型计算域典型截面网格如图４所示，包括一个阀系横截面网格和两个阀系纵截面网格。在Ｆｌｕｅｎｔ软件中将两个单向阀分别设置为两个ｂｏｄｙ，网格其余部分设置为第三个ｂｏｄｙ，以便于实现单向阀在拉伸和压缩行程时的开闭状态。图４模型计算域网格划分２．３ＶＯＦ模型和动网格技术耦合建模２．３．１湍流模型选择就减振器而言，流体流经阻尼孔的状态为湍流，这已被大量的试验工作所验证［２３］。因此，在进行油气悬架流体数值仿真前，有必要对湍流模型适用性进行分析，以提高计算精度。目前，计算流体力学中，，描述湍流的基础是Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ（Ｎ－Ｓ）方程［２４－２５］，根据Ｎ－Ｓ方程中对湍流处理尺度的不同，湍流数值模拟方法主要分为：直接数值模拟（ＤＮＳ）、大涡模拟（ＬＥＳ）和雷诺平均方法（ＲＡＮＳ）。ＤＮＳ方法直接求解湍流运动的Ｎ－Ｓ方程，可以获得湍流瞬时流场的全部信息，但由于计算量大，目前只限于一些低雷诺数的简单流动。ＬＥＳ方法在湍流运动的数值模拟过程中，将Ｎ－Ｓ方程在一个小空间域内进行平均（或称为滤波），以便从流场中去掉小尺度涡，导出大涡所满足的方程，通过建立亚格子尺度模型来模拟小涡对大涡的影响，是介于ＤＮＳ方

油气悬架,简化模型,结构尺寸

图２油气悬架原始模型图３油气悬架简化模型表１油气悬架结构尺寸ｍｍ缸筒内径活塞外径阻尼孔直径单向阀直径３６８３４０８１５２．２模型计算域网格划分采用ＡＮＳＹＳ／ＩＣＥＭ软件对简化模型进行网格划分，考虑到单向阀和阻尼孔直径相对于整体结构尺寸较小，因此，对其进行了局部网格加密，并改善了网格质量，最终网格数大于１２０万。模型计算域典型截面网格如图４所示，包括一个阀系横截面网格和两个阀系纵截面网格。在Ｆｌｕｅｎｔ软件中将两个单向阀分别设置为两个ｂｏｄｙ，网格其余部分设置为第三个ｂｏｄｙ，以便于实现单向阀在拉伸和压缩行程时的开闭状态。图４模型计算域网格划分２．３ＶＯＦ模型和动网格技术耦合建模２．３．１湍流模型选择就减振器而言，流体流经阻尼孔的状态为湍流，这已被大量的试验工作所验证［２３］。因此，在进行油气悬架流体数值仿真前，有必要对湍流模型适用性进行分析，以提高计算精度。目前，计算流体力学中，描述湍流的基础是Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ（Ｎ－Ｓ）方程［２４－２５］，根据Ｎ－Ｓ方程中对湍流处理尺度的不同，湍流数值模拟方法主要分为：直接数值模拟（ＤＮＳ）、大涡模拟（ＬＥＳ）和雷诺平均方法（ＲＡＮＳ）。ＤＮＳ方法直接求解湍流运动的Ｎ－Ｓ方程，可以获得湍流瞬时流场的全部信息，但由于计算量大，目前只限于一些低雷诺数的简单流动。ＬＥＳ方法在湍流运动的数值模拟过程中，将Ｎ－Ｓ方程在一个小空间域内进行平均（或称为滤波），以便从流场中去掉小尺度涡，导出大涡所满足的方程，通过建立亚格子尺度模型来模拟小涡对大涡的影响，是介于ＤＮＳ方

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