流体阻尼器

引入

流体阻尼器被用于军事设备冲击隔离和民用建筑地震引发的震动的抑制和风致振动,在许多其他应用程序。功,机械能,从而为热流体阻尼器(Ref。1)。这个例子展示了粘性发热的现象和由此产生的流体阻尼器的温度增加。在微流器件粘滞加热也是很重要的,一个小横截面积和大型设备的长度可以产生明显的加热和影响流体流动因此(Ref。2)。

模型定义

流体阻尼器的结构元素相对较少。图1描述了流体阻尼器的原理建模与它的主要组件:减震筒住房、活塞杆、活塞头,粘性流体室。有一个小活塞之间的环形空间头和缸内侧壁的住房。这作为一个有效的流体通道。随着活塞头来回移动减震筒内流体被迫通过大型剪切率的环形通道,导致大量热的一代。热转移在轴向和径向方向。在径向方向,热量是通过气缸的房子墙壁和迁移外面的空气阻尼器,即建模使用牛顿对流冷却定律。

图1:典型的流体阻尼器的素描与它的主要组件你利用流体阻尼器的轴向对称性质和模型在2 d轴对称几何如图2所示。阻尼器的几何尺寸和其他参数根据Ref。1代表小,15 kip阻尼器实验研究。因此,活塞头的直径为8.37厘米,活塞杆直径2.83厘米,厚度的差距大约是活塞头直径的1/100。阻尼器的最大中风半0.1524米。阻尼器是用钢制成的固体部分,流体阻尼硅油。

图2:几何和网格。域(从左到右)代表:活塞杆,活塞头和阻尼液空间,阻尼器外壁。

[流] 流体流动

流体阻尼器的流体描述弱可压缩n - s方程出发,求解速度场的u =(u,w)和压力p:

密度假定独立于温度,而温度依赖流体粘度的考虑:

使用硅油的参考材料性质。

无衬壁边界条件申请减振筒的两端和减震筒的内壁。移动/滑动墙与给定的速度是应用于边界上的活塞头和活塞杆。

耦合传热/共轭传热

共轭传热是解决流体域和减震筒屋墙:由对流和传导传热流体域,只在固体传热导电领域,和流体和固体之间的温度场是连续域。在粘性流体域,加热时激活和压力的工作可以包括轻微的压缩阻尼液需要考虑:

在右边的第二个任期和上学期代表热源来自工作压力和粘性耗散,分别。因此,问题是一个完全耦合fluid-thermal交互问题。

固体域的汽缸的房子墙,这个方程减少传导传热方程没有任何加热源。

热流边界条件根据牛顿冷却定律应用的边界外缸房子墙上。流体和固体之间的温度场是连续域。阻尼器的两端连接到结构外保持在恒定的温度。

活塞头运动提供了与给定谐波振荡振幅和频率,z = a0sin(2πf)。使用场的运动建模(ALE)变形网格。ALE方法处理变形的动态几何和移动边界移动网格。流体流动和热方程的n - s方程出发制定温度变化在这些坐标移动。

结果和讨论

模拟加载的振幅是0.127米,和激励频率为0.4赫兹。这代表了长冲程加载实验在裁判执行。1。装运时间是40多岁。注意,仿真结果给出了温度在华氏度为了更容易比较与实验测量。

图3给出了温度场的阻尼器在加载。它也显示了一个典型的简化配置流诱导阻尼液。

图3:阻尼器的温度场仿真的结束。

图4显示了阻尼器的内壁的温度end-of-stroke位置z =半。这对应于实验下的内部调查位置在裁判执行。1。仿真结果表明良好的协议与实验测量文献1中(参见图9)。

图4:温度探头位置。

图5显示了沿着内壁温度变化后的阻尼器10世纪三、四十年代的加载。它清楚地表明,温度探头位置并不代表阻尼器内的最高温度。这支持Ref。1中的结论,探针的选择定位在哪里受到阻尼器的外壳的建设。图

5

还表明,阻尼增加的中心附近的温度超过100度后已经很少加载周期。

图5:阻尼器内壁的温度。探针的位置对应于z /半= 1。

指出comsol实现

你计算域分解成几个部分,网域映射网格解决非常薄环形空间。你开出的移动网格网的位移在每个域,这样他们对齐不变以零位移减震筒的顶部和底部住房高性能密封连接,和活塞头的位移等于用于域与活塞头排队。这是通过指定网格位移场的线性函数变形网格坐标和参考系(材料)框架坐标。

钢铁材料阻尼器所需的坚实的部分可以在COMSOL图书馆的物质。您创建一个用户定义的材料为硅油。这种阻尼液体通常表现为密度、运动粘度在温度25ºC,和所谓的粘度温度系数,职业训练局= 1−(粘度在98.9ºC)/(粘度在37.8ºC)。使用这个参数,您创建的动态粘度的线性相关方程1。

参考文献

1。C.J.黑色和n . Makris“粘滞液体阻尼器的加热下大大小小的振幅运动:实验研究和参数化建模、“j·英格。工作。,133卷,566 - 577年,566页。

2。基准线Morini,“粘滞加热在微细血管的液体流动,“Int。j .热传质48卷,3637 - 3647年,3637页。 模型库路径:CFD_Module / Non-Isothermal_Flow / fluid_damper

建模的指令

从文件菜单中,选择新。

新建

在新的窗口中,单击模型向导按钮

模型向导

在模型向导窗口中,点击二维轴对称按钮。

在选择物理树中,选择传热>共轭传热>层流

点击Add按钮。

在选择物理树中,选择数学>变形网>移动网(ale)。

单击add按钮

点击学习按钮。

在树中,选择预设的研究选择物理>与时间有关

单击“完成”按钮。

全局定义

参数

在主工具栏,点击参数

在参数设置窗口,定位参数部分。

单击

浏览到模型的模型库文件夹,双击该文件

定义

变量1

在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)右键单击定义和选择变量。

在变量的设置窗口中,找到的变量部分。

点击加载的文件。

浏览到模型的模型库文件夹,双击该文件

几何1

长方形1(r1)

在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)右键单击几何1,选择矩形。

在矩形设置窗口中,定位尺寸部分。

在宽度编辑字段中,输入/ 2

在宽度编辑字段中,输入/ 2

定位部分。在z编辑字段中,输入ld

长方形2(r2)

在模型构建器窗口中,右键单击几何1和选择矩形。

单击工具栏上的变焦范围按钮图形。

5

共轭传热(NITF)

液1

在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)>共轭传热(nitf)

单击液1

选择域4和6 – 9

在流体的设置窗口中,找到模型的输入部分。

从巴勒斯坦权力机构列表中,选择用户定义的。在p编辑领域,p0类型。

定位热力学部分。从γ列表中,选择用户定义的。

右键单击液1和选择粘性发热

右键单击液1和选择压力的工作。

材料

在主工具栏,单击Add材料。

增加材质

去窗口添加材料。

在树中,选择内置>钢铁符合美国钢铁协会的4340。

在添加材料的窗口中,单击Add组件

材料

在以下步骤中,您创建一个新的材料阻尼液、硅油。

材料2

在模型构建器窗口中,在组件1(comp1)右键单击材料和选择

新材料

选择域4和6 – 9

右键单击组件1(comp1)>材料>材料2(mat2)并选择Rename。

去重命名对话框和硅油型材料在新名称编辑字段

单击确定

硅油(mat2

在地产集团的设置窗口中,找到属性和模型输入的输出部分。

发现该模型输入分段。在树下的基本属性,选择模型

输入、温度

点添加

找到当地的属性部分。在当地的属性表,输入以下设置

在模型构建器窗口中,单击硅油(mat2)。

在材料的设置窗口中,找到材料内容部分

在表中,输入以下设置

移动网格(啤酒)

在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)点击移动网格(ale)。

在移动网格设置窗口中,找到帧设置部分

从几何形状的顺序列表中,选择1。

规定的变形1

在物理学的工具栏,单击域,选择规定的变形

选择域2、5、8、11只。

在规定的变形设置窗口中,找到规定的网格位移

段

dz的编辑区域,zp型

规定的变形2

在物理学的工具栏,单击域,选择规定的变形。

选择域1、4、7和10只

在规定的变形设置窗口中,找到规定的网格位移

；章节

zlin2 dz编辑字段,类型

规定的变形3

1物理工具栏,单击域,选择规定的变形。2选择域3、6、9和12只。3在规定的变形设置窗口中,找到规定的网格位移部分。zlin2 4 dz编辑字段,类型。

共轭传热(NITF)

墙2 1物理工具栏,选择共轭传热物理部分并单击边界和选择墙。2选择边界11和13只。3在墙上设置窗口,定位边界条件一节。4从边界条件列表中,选择移动的墙。5威斯康辛大学向量指定为

墙3 1物理工具栏,单击边界和选择墙。2选择边界8、12、17只。3在墙上设置窗口,定位边界条件一节。4从边界条件列表中,选择滑动墙。5在威斯康辛大学编辑字段中,d型(zp,t)。

初始值1 1在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)>共轭传热(nitf)点击初始值1。2在初始值的设置窗口中,找到初始值部分。p0 3 p编辑字段,类型。T0 4 T编辑字段,类型。

温度1 1物理工具栏,单击边界和选择温度。2选择边界2、7、9、14、16、21、23日和28日。3在温度设置窗口中,找到温度部分。T0 4在T0编辑字段,类型。

热通量1 1物理工具栏,单击边界和选择热通量。2选择边界29-31只。3在热通量的设置窗口中,找到热通量部分。4点击进口热通量按钮。hwall 5 h编辑字段,类型。T0 6在文本编辑字段,类型。由于阻尼是一个封闭的容器,需要精确的压力水平。要实现这个目标,使用点约束,如下所示。

压力点约束1 1物理工具栏,单击点和选择压力点约束。2选择点12只。3在压力点约束的设置窗口中,找到压力约束部分。4在p0编辑领域,p0类型。

网1映射1在模型构建器窗口中,根据组件1(comp1)右键单击网1,选择映射。

分布在模型构建器窗口1 1,在组件1(comp1)>网1右键单击映射1,选择分布。2选择边界23日25、27和28只。3分配设置窗口,定位分布部分。4从分布属性列表,选择预定义的分布类型。5的数量元素编辑字段,类型4。6的元素比编辑字段,类型4。7从分配方法列表,选择等比数列。8选择反向复选框。

分布2 1右键单击映射1,选择分布。2选择边界1、5、8、12、15、19、22、26、29、31。3分配设置窗口,定位分布部分。4从分布属性列表,选择预定义的分布类型。5的数量元素编辑字段,类型32。6的元素比编辑字段,类型8。7从分配方法列表,选择等比数列。8复选框选择对称分布。

分布3 1右键单击映射1,选择分布。2选择边界9、11、13和14只。3分配设置窗口,定位分布部分。4从分布属性列表,选择预定义的分布类型。5的数量元素编辑字段,类型30。6在元素比编辑字段中,输入10。7从分配方法列表,选择等比数列。8复选框选择对称分布。

分布4 1右键单击映射1,选择分布。2选择边界16、18、20和21只。3分配设置窗口,定位分布部分。4元素数量的编辑字段中,输入8。

分布5 1右键单击映射1,选择分布。2选择边界3、10、17、24日和30只。3分配设置窗口,定位分布部分。4元素数量的编辑字段中,输入32。

分布6 1右键单击映射1,选择分布。2选择边界2、4、6和7只。3在模型构建器窗口中,右键单击网1和选择建立。网现在已经完成。它应该类似于图2所示

研究1步骤1:与时间有关的启动模拟当活塞在最低的位置与稳流初始条件一致。这不会给恒温在t = 0,但整体效果很小。1在模型构建器窗口中,展开研究1节点,然后单击步骤1:与时间有关。2在与时间有关的设置窗口中,找到研究设置部分。在《纽约时报》编辑字段中,输入-0.25 / f(0,tstep,达峰时间)。4点击扩大结果同时解决部分。定位结果,解决部分。选择复选框。

研究工具栏上的解算器1 1,点击显示默认的解算器。2在模型构建器窗口中,展开解算器1个节点,然后单击时间依赖解算器1。3在时间依赖解算器的设置窗口中,点击展开时间步进部分。我们想使用广义的手动控制时间步和阿尔法解算器。4步进定位时间部分。从方法列表,选择广义阿尔法。5从解决者采取的步骤列表中,选择手动。6在时间步编辑字段,类型tstep / 20。7在放大高频编辑字段中,输入0.5。

结果在计算解决方案之前,设置一些情节,包括一个显示在图形窗口中同时解决。

数据集1结果工具栏,单击点2 d。2在降低点2 d设置窗口,定位数据部分。3 r编辑领域,Dd / 2-Hw类型。4在z编辑字段,类型半。

2 d图1组1在主工具栏,单击Add阴谋集团和选择2 d阴谋集团。2在模型构建器窗口中,结果下右键单击2 d图组1并选择Rename。3去重命名对话框2 d阴谋集团和表面温度和速度型流线,2 d的新名称编辑字段。4点击OK。

表面温度和速度流线,2 d 1右击表面温度和速度流线,2 d表面并选择。2在表面设置窗口中,找到表达部分。3从单位列表,选择degF。4在模型构建器窗口中,右键单击表面温度和速度流线,2 d和选择简化。5在简化设置窗口中,找到表达部分。6点击速度场(空间)(nitf.ur,…,nitf.uz)右上角的部分。定位简化定位部分。从定位列表中,选择起始点的控制。

1 d阴谋集团2 1在主工具栏,单击Add阴谋集团和选择1 d阴谋集团。2在模型构建器窗口中,根据结果1 d阴谋集团2右键单击,选择重命名。3去重命名对话框1 d阴谋集团和温度沿内壁型新名称编辑字段。4点击OK。

沿着内壁温度1对1 d阴谋集团的工具栏,单击线图。2选择边界22、24和26只。3在线图设置窗口中,找到y轴数据部分。4从单位列表,选择degF。5定位轴数据部分。从参数列表,选择表达式。6在表达式编辑字段,类型z /半。7在模型构建器窗口中,单击沿着内壁温度。8在1 d阴谋集团的设置窗口中,点击展开标题部分。9从标题类型列表中,选择手动。10在标题文本区域,键入沿着内壁温度。11定位部分的情节设置。选择轴标签复选框。12在相关联的编辑字段中,z /半类型。13选择y轴标签复选框。14日在相关联的编辑字段,类型T(degF)。

1 d阴谋集团3 1在主工具栏,单击Add阴谋集团和选择1 d阴谋集团。2在模型构建器窗口中,结果下右键单击1 d阴谋集团3并选择Rename。3去重命名对话框1 d阴谋集团和类型的内壁温度end-of-stroke位置在新名称编辑字段。4点击OK。

end-of-stroke位置1的内壁温度1 d阴谋集团的工具栏,单击点图。2点图设置窗口,定位数据部分。3从数据集列表中,选择减少1点2 d。4 y轴定位数据部分。从单位列表,选择degF。5在模型构建器窗口中,单击内壁温度在end-of-stroke位置。6定位标题部分。从标题类型列表中,选择手动。7在标题文本区域、类型的内壁温度end-of-stroke位置。8定位部分的情节设置。选择轴标签复选框。9在相关编辑字段中,输入时间(s)。10选择y轴标签复选框。11在相关编辑字段,类型T(degF)。

研究1现在回到研究1分支计算解决方案。

步骤1:时间依赖1在模型构建器窗口中,在研究1点击步骤1:与时间有关。2在与时间有关的设置窗口中,定位结果,解决部分。从情节3组列表,选择内壁温度在end-of-stroke位置。4在主工具栏,点击计算。在解决方案期间,一块温度探头位置解算器后将显示和更新时间的步骤

结果表面温度和速度流线,2 d 1解决方案完成时,单击工具栏上的变焦范围按钮图形。这将产生一个阴谋的温度场和流阻尼器内的流线,这应该类似于图3所示。

沿着内壁温度1在模型构建器窗口中,单击沿着内壁温度下的结果。2在1 d阴谋集团设置窗口,定位数据部分。3从选择列表,选择列表。4倍(s)列表中,选择10到40。5 1 d阴谋集团的工具栏,单击阴谋。这将显示的温度分布沿阻尼器内壁有时10世纪三、四十年代,它应该类似于图5所示。

end-of-stroke位置1的内壁温度模型构建器窗口,结果点击温度下内壁在end-of-stroke位置。2 1 d阴谋集团的工具栏,单击阴谋。这将显示温度变化的探针位置断言完整的加载时间,它应该类似于图4所示