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flowmaster在工程中的应用


Fl Flowmaster2 t 2软件在工程中的应用

FLowmaster

Fl Flowmaster2 t 2 背景
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FLOWMASTER2是FLOWMASTER INTERNATION LTD公司开发的产品,总部位于英国的北安 普敦郡. 由英国流体力学研究协会在多年流体的研 究和10000个小时以上的实验数据的基础 上开发. FM2在一维流体系统仿真领域处于No.1的 地位. 用户遍布世界上40个国家和地区,既有政 府部门,也有私人企业以及教育单位。

Flowmaster

专业的一维流体系统仿真软件
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FLOWMASTER2是全球领先的一维流体系 统解算工具 是面向工程的完备的流体系统仿真软件包, 有针对空调系统气液两相流的空调组件,也 有泵,阀门,管路,换热器等100余种工程常用 元件 分析类型完备
稳态和瞬态分析 不可压缩流体和可压缩流体系统进行分析 系统热分析

Flowmaster

Flowmaster主要应用
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压力、温度、流速、流量等参数的预测。 液体、气体和空调系统的分析。 稳态系统分析 稳态系统分析。 瞬态系统分析。 元件尺寸分析。 各种复杂形状的流体管网系统 各种复杂形状的流体管网系统。

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流量配平分析

Flowmaster

Fl Flowmaster t 的技术特点
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搭建模型快捷、准确 元器件库完备 先进 元器件参数齐全 元器件库完备、先进,元器件参数齐全, 设置简便。 与多种软件接 完备(Fluent,Matlab;Excel;Optimus) 与多种软件接口完备 丰富及开放的元气件库 分析类型完善 分析结果方便

Flowmaster

丰富的元件库
Bends Circular Bends Rectangular Bends Valves C t l Valves Control V l 12 Different Types Check Valves Swing-Check Valve Clapper-Check Valve Plug-Check Valve Relief Valves Poppet Relief Valve Heat Exchangers Radiator Heat Exchanger Heater/Cooler Pipes & Passages Cylindrical Rectangular Prismatic Hexagonal Rotating Passage Transitions Abrupt Gradual Pumps R t d Rotodynamic i Pumps P Compressor Centrifugal Fan Controllers Script Controller Tabular Data Curve Input PID Motor Torque Controller Pressure Unloader Sources Flow Source Pressure Source Zero Flow Blank End Pressure Vs Flow l Source Junctions Y – Junctions T J ti Orifices Sharp-Edged Conical Long Radiussed Square Sharp-Edged Standard Orifice Plate Reservoirs General Constant Head Variable Head Finite Area Storage Vessel 2-Armed Tank 3 Armed Tank 3-Armed Expansion Tank Accumulators Air Vessel Bladder Vented Air Vessel Diaphragms Weirs Miscellaneous Gauges ECMs Discrete Losses G General l Loss L Component Solids Point Mass S lid Bar Solid B Thermal Bridge Temperature Source Heat Source AC C Components Evaporator Condenser Compressor Accumulator Receiver Drier Fixed Orifice Tube Thermal Expansion Valve l Variable Orifice Valve

Flowmaster

可以根据工程不断扩展
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Flowmaster的元件库开放程度比较高, 用户可以用C或者Fortran语言编写适 用于自己系统的元件,并加入库中。 这样就可以为工程师不断的提供最新、 样 为 师 的提供 新 件库 最方便、最全面的元件库。为工程应 用带来极大的便利。

Flowmaster

Flowmaster在工程中应用的意义
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快速的帮助工程师完成和优化系统的设计

减少生产成本,提高产品性能,缩减产品 开发时间和试验次数
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将工程师从繁重的计算工作中解脱出来,专 注于产品的设计与优化
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Flowmaster

造船业

?长引线项目规划 ?管道及阀门尺寸规划 ?配水系统 ?冷水系统 ?压载水系统 ?HVAC ?发动机冷却/润滑系统 ?燃油系统 ?武器系统 ?消防系统 车辆工程 ?船对岸 加载 / 卸载 ?车辆的热管理 ?冷却系统设计 ?润滑系统的设计 ?空气侧的分流 ?空气调节 ?燃料系统 ?燃油喷射系统模拟 ?可变的配气相位 VVT ?排气系统模拟 ?燃料电磁冷却 ?底盘车系统

What Industries能源动力 Use 航空,航天 Fl Flowmaster? t ?
?燃油系统模拟 ?冷却系统 ?发动机热管理 ?水击 ,水锤模拟 ?环控系统 ?泵启动或调节的影响 ?液压系统模拟 ?探测安全使用极限 ?舱内供氧系统 ?燃气透平 ?电子设备的冷却 ?燃料供给装置 ?机翼防冰系统 ?二次空气系统 ?卫星推进系统 ?润滑系统 ?火箭的燃料系统 ?武器的发射系统

工业过程
?水,气,工艺过程 ?水击,水锤 ?压缩机站 ?泵站 ?消防系统 ?泵的跳闸 ?设备停车及启动的研究 ?设备扩张及整修的研究

Flowmaster

Flowmaster在工程设计领域的 应用举例
喷油系统 发动机冷却系统 空调系统 尾气排放系统 整船冷却系统 消防系统
Flowmaster

范例一、喷油系统(应用简介) 简
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使用现有的组件建立模型 模拟喷油系统的整个过程 优化油轨压力 优化随时间变化的压力波动 优化设计最佳的油泵尺寸 模拟整个系统中任意部件发生变化时的随 时间变化的系统响应。

Flowmaster

范例一、喷油系统(应用简介) 简
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利用 FLOWMASTER2 的这些性能,工程师 可以随心所欲地对复杂的喷油系统进行 “what – if”仿真。 FLOWMASTER2 可以对标准的喷油系统进行 计算机仿真,许多美国和欧洲的主要汽车、 造船公司使用该软件 如(GE BMW AUDI 造船公司使用该软件,如(GE、BMW、AUDI 等)。

Flowmaster

范例一、喷油系统(模型简介) 简

弹簧顶 针

传送阀
泵的 的 壳体 供油 孔

喷 射 泵
回油孔 凸轮推动活塞

喷 嘴 阀 门

喷嘴腔

孔 喷入燃烧室

Flowmaster

范例一、喷油系统 (Flowmaster网络图)
4F

喷油系统
u e l i n je c t i o n s y s t e m


1 5 2 4 6 5

P u m p

弯头
6 6 2 7
B e n d s

2 9

Node 18
1 8 2 5 3

1 6

1 7

T a n k

1 1 4 2 8 1 9

Control of shaft

F ilte r

过滤器

Node 20

3 0 2 0

e n d s

油轨
R a il

1 3

2

2 3

2 0

1 9

1 2

Component 91 Node 2
8 3 2

9 1

8 2

1 1

8 9

7 9

1 0

8 7

7 6

9

8 5

7 4

9 2

8 0 4

9 0

7 7 6

8 8

7 5 8

8 6

8 4 1 3

8 1 5

7 8 7

7 3

喷油嘴

Flowmaster

范例一、喷油系统(模型说明)
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模型为一四缸四冲程的喷油系统; 油泵会根据发动机转速自动调整 油泵会根据发动机转速自动调整; 模拟过程中,油路以及油轨内的流动损失 用Flowmaster Fl 组件(DL)模拟; 模拟 喷油嘴用控制阀模拟 模拟的过程为发动机转速为5000rpm时, 100ms内的系统流动情况 (8.33round/0.1s)

Flowmaster

范例一、喷油系统(分析结果)
Node 18 : Pressure before filter Node 20 : Pressure after filter damping effects 4.9

4.8 Pr es sur e 4.7 <b ar > 4.6

4.5 4 5 0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 Time <s>

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

在喷油回路中,过滤器的减震效应 在喷油回路中 滤 减 效应

Flowmaster

范例一、喷油系统(分析结果)
Node 2 : Pressure v.Time [Injector exit pressure) Component 91 : Arm 1 : Flow Rate v.Time (Profile of fuel delivery to cylinder) 0.4 6

0.3 Flo ow Rate <L mi in-1> Pressure <bar> 4

0.2

0.1

2

0.0

-0.1

0 0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 Time <s>

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

单次喷油过程分析

Flowmaster

范例二、冷却系统
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提高系统稳定性、可靠性 整个冷却系统温度响应分析 优化减小冷却水套的体积 模拟使用分级冷却 根据流量选择适当的水泵 优化柴油机的温度控制

Flowmaster

范例二、冷却系统

Flowmaster

范例二、冷却系统(模型简介) 简

An Example from DaimlerChrysler Corporation

Flowmaster

范例二、冷却系统(参数设定)
以整个冷却系统温度响应分析为例, 在分析过程中需要输入以下参数: 空气流率 环境温度 引擎的进口油温 泵的转速 孔隙直径 热负荷等

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Flowmaster

范例二、冷却系统(分析目的)

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根据不同输入参数的变化,分析 得到顶部水箱(Top Tank)内的 温度变化

Flowmaster

范例二、冷却系统 (Flowmaster网络图)

Flowmaster

范例二、冷却系统(分析结果)

Flowmaster

范例二、冷却系统(分析结果)

Flowmaster

范例二、冷却系统(分析结果)

Flowmaster

范例二、冷却系统(分析结果)
优化目标:

Flowmaster

范例二、冷却系统(分析结果)

Flowmaster

范例三 Flowmaster在空调 系统的应用
FM2通过一系列组件模拟压缩,蒸发,膨胀,冷 凝这个制冷循环过程,计算出每个节点的压 力,温度以及每个支路的流量,工程师可以迅 速的做出判断,进行设计以及优化

Flowmaster

用于空调系统的组件
Fixed orifice Tube AC Evaporator Thermal Expansion Valve Variable orifice Valve AC Accumulator

Receiver Drier AC Condenser AC Discrete Loss

AC Compressor

AC Bend AC pipe AC User Condenser AC Boundary component AC Generic AC User Evaporator

Flowmaster

空调系统仿真网络图1
This system uses an FOT and an accumulator to meter the refrigerant flow and to cycle the compressor clutch to control evaporator temperature. The pressure and flow sources are used to set the air flow across the condenser and evaporator.

Fixed Orifice Tube.

Flowmaster

空调系统仿真网络图2
This system uses a TXV to control the refrigerant flow to the evaporator, based on the amount of refrigerant superheat at the evaporator outlet. It also uses a Receiver-Drier. The Receiver-Drier ensures that the TXV receives subcooled refrigerant. It also removes any moisture and other contaminants from the system.

AC Capillary Tube used to sense the superheat.

Flowmaster

Thermal Expansion Valve.

仿真结果分析
空调制冷循环的4个过程: 1 2 3 4 压缩过程 冷凝过程 膨胀过程 蒸发过程

同时可以加入其他的组件使空 调系统的仿真更有准确

Flowmaster

范例四、排气系统
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确保合适可靠的背压 计算催化式排气净化器的预热时间 评估排气系 统的结构

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Flowmaster

FLOWMASTER2 Analysis vs. Test

Flowmaster

范例五 整船冷却水系统
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冷却水系统由许多复杂分支及回路构成 , 是 个典型的管网问题 是一个典型的管网问题 对每个支路流速,每个节点的压力进行计 算分析 对整个冷却系统进行评估,改进设计

Flowmaster

范例五、整船冷却系统 (Flowmaster网络图)

Flowmaster

系统描述
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冷却水经水泵增压后,流经绞盘系统、控制台、 焊接设备 动力机组 焊接设备、动力机组、空调冷凝器、陀螺仪、电 调冷凝器 陀螺仪 电 子设备等 系统元件包括球阀、蝶阀、单向阀、圆管、弯头 损失、模拟流经装置的流阻损失、三通、限流孔、 冷却水泵等

Flowmaster

仿真结果

Flowmaster

范例六 船用消防系统
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设计目标:保证最不利点的压力

Flowmaster

范例六、整船冷却系统 (Flowmaster网络图)

Flowmaster

系统描述
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船用消防系统也是一个典型的管网系统, 分支多 而且线路复杂 手工计算很难准 分支多,而且线路复杂,手工计算很难准 确计算。 使用的元件有管道 弯头 膨胀和收缩部 使用的元件有管道、弯头、膨胀和收缩部 分、Y型连接部分等。模型可以在不同的 工况下进行分析 得到系统的压降 流量 工况下进行分析,得到系统的压降、流量 和其他参数

Flowmaster

在各个节点压力

Flowmaster

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谢谢

Flowmaster


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