一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法，具体为：一、构建自定义函数UDF；二、建立油箱模型；三、划分网格；四、将msh文件导入到fluent软件中；五、检测网格；六、设定单位；七、选择正确模拟油箱晃动的模型；八、导入自定义函数UDF；九、设置材料属性；十、相选择；十一、域条件设置；十二、设置边界条件；十三、求解法的选择；十四、边界初始化并设置迭代参数；十五、后处理及结果分析。本发明专利技术解决现有静态仿真只能检验在恒定加速度下油箱吸油情况，无法模拟在交变加速度下油液的晃动从而校核吸油的问题，适用于油箱晃动仿真数值模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法
本专利技术涉及一种仿真方法，尤其是涉及一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法。
技术介绍
随着技术的不断发展，燃油机的油箱日益趋于轻量化、高燃油利用率、持续稳定吸油等。挡板和单向门等内置件应运而生，挡板疏导油液，单向门将油液分隔，形成独特的小油室，再配上适合的外形，达到所需的设计目标。目前对油箱外形及内置件设计通常采用静态仿真方法模拟，但现有的静态仿真只能检验在恒定加速度下油箱吸油情况，无法模拟在交变加速度下油液的晃动从而校核吸油的问题，无法对油箱外形及内置件的设计提供准确指导。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法，从而对油箱外形及内置件设计提供指导。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一、构建自定义函数UDF：(1)根据数据采集软件得到车辆实际加速度的变化曲线，构建油箱的加速度随时间变化的自定义函数；(2)根据单向门的性质运动情况，构建包含单向门的质量、转动惯量以及平动转动自由度的6DOF自定义函数；(3)根据单向门的碰撞特性，构建单向门碰撞的接触检测(contactdetection)自定义函数；二、建立油箱模型，以确定最终制造的油箱模型：利用catia软件进行建模；三、利用ICEM软件划分网格，根据最终制造的油箱模型的结构特点，设置边界条件，选取网格类型划分网格，输出msh文件；四、打开fluent软件，将msh文件导入到fluent软件中；五、检测网格，以检测步骤三中划分的网格是否正确；六、设定单位：根据最终制造的油箱的真实尺寸设定单位；七、选择正确模拟油箱晃动的模型：选用多相流模型中的VOF模型，湍流模型中的k-epsilonRealizable模型和动网格模型；八、导入自定义函数UDF，真实模拟油箱晃动过程：依次导入加速度自定义函数，6DOF自定义函数和contactdetection自定义函数；九、设置材料属性：根据实际物体测量参数设置空气属性和汽油属性；十、相选择，以真实模拟油箱晃动：在相里设置第一相为空气，第二相为汽油；十一、域条件设置，设置油箱内部区域的形态：在域条件设置中，选择当前域为流体域；十二、设置边界条件，在此预设才条件下进行模拟油箱晃动：根据模拟参数进行设定，对单向门进行定义时，分别定义旋转中心并分别调用不同的6DOF自定义函数；十三、求解法的选择，确定求解精度：压力速度耦合选择PISO模式，梯度选项采用Green-GaussNode-Based法，压力修正方程采用BodyForceWeighted模式，选用modifiedHRIC离散策略，动量方程选择二阶迎风，其他方程的差分格式选择一阶迎风；十四、边界初始化并设置迭代参数，进行计算；十五、查看残差图，对速度和相体积分数的云图和矢量图进行结果分析，并生成动画进行分析，改变数模，优化得到最佳的布置形式及工艺参数。进一步地，步骤三中计算网格单位数为1323418。进一步地，步骤六中设定单位为mm。进一步地，步骤七中所述的动网格模型选用扩散光顺和网格重构。进一步地，步骤九中材料属性为密度和粘度。进一步地，步骤十一中域条件设置为移动网格。进一步地，步骤十二中边界条件设置为移动壁面。进一步地，步骤十四中边界初始化标记了两项区域：根据油箱内的汽油量设置添加汽油的区域，并在初始化后将区域标记出。进一步地，步骤十四中迭代参数的步长设置为0.001s，步数设置为10000。进一步地，步骤十五中生成动画使用fluent软件中的solutionplayback功能。本专利技术提供的油箱晃动仿真方法，能够高效率、低成本、快速获取最优的油箱模型，可模拟在交变加速度下油液的晃动从而校核吸油，对油箱外形及内置件的设计提供准确指导。具体原理及优点为：1、本专利技术采用的fluent模拟软件是基于计算流体动力学方法求解流动问题的通用软件，调用fluent软件的多项流和动网格模型，可模拟流体内含动网格部件的流动过程；利用fluent模拟软件含有的用户自定义函数UDF的功能模块，借助构建加速度随时间变化的自定义函数；含单向门特征的6DOF自定义函数；单向门碰撞的接触检测的自定义函数；并在fluent软件相应设置中调用这些程序，即可实现油箱晃动过程的仿真数值模拟，得到极其复杂的速度和相体积分数分布等变化情况，进而直观分析油箱晃动过程油液的流动与单向门的运动情况，最终实现工艺参数的优化。2、相比传统静态仿真只能检验在恒定加速度下油箱吸油情况，无法对在交变加速度下油液的晃动进行模拟，同时也无法模拟油箱内活动部件的运动情况，不能得到较为准确的结果，不适用于油箱晃动过程的仿真数值模拟，本专利技术可模拟在交变加速度下油液的晃动从而校核吸油，对油箱外形及内置件的设计提供准确指导。3、本专利技术借助fluent软件中的多项流和动网格模型，并利用fluent软件用户自定义函数的功能，通过自定义加速度随时间变化的函数、含单向门特征的函数、单向门运动的函数，实现了含单向门的油箱晃动过程的流动数值模拟，模拟过程更接近实际情况，误差较小，适用于含单向门动网格油箱晃动过程仿真数值模拟。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但绝不是对本专利技术的限制。实施例一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法，具体包括以下步骤：一、构建自定义函数UDF：(1)根据数采软件得到实车加速度的变化曲线，利用C语言编写油箱的加速度随时间变化的自定义函数UDF_gravity；步骤(1)中油箱的加速度随时间变化的部分自定义函数关系为gravity[1]＝19.6*sin(3.14*time)，gravity[2]＝-9.8，其中gravity[1]为y方向加速度，gravity[2]为y方向加速度，单位m/s^2；time为当前时间，单位为s；(2)根据单向门的性质运动情况，利用C语言编写包含单向门的质量、转动惯量以及平动转动自由度的6DOF自定义函数；步骤(2)中包含单向门的质量、转动惯量以及平动转动自由度的6DOF的部分自定义函数关系为：M＝0.02，IX＝5E-6，其中M为单向门质量，单位kg；IX为单向门绕X轴的转动惯量，单位kg·m^2；(3)根据单向门的碰撞特性，利用C语言编写单向门碰撞的接触检测自定义函数UDF_contactdetection；二、建立油箱模型，以确定最终制造的油箱模型：利用catia软件进行建模；三、利用ICEM软件划分网格，根据最终制造的油箱模型的结构特点，设置边界条件，选取网格类型划分网格，计算网格数为1323418，输出msh文件；四、打开fluent软件，将msh文件导入到fluent软件中；五、检测网格，以检测步骤三中划分的网格是否正确；六、设定单位：根据最终制造的油箱的真实尺寸设定单位，设定单位为mm；七、选择正确模拟油箱晃动的模型：选用多相流模型中的VOF模型，湍流模型中的k-epsilonRealizable模型和选用扩散光顺(Smoothing)和网格重构(Remeshing)的动网格模型；八、导入自定义函数UDF，真实模拟油箱晃动过程：依次导入加速度自定义函数，6DOF自定义函数和contactdetection自定义函数；九本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：一、构建自定义函数UDF，具体步骤为：(1)根据数据采集软件得到车辆实际加速度的变化曲线，构建油箱的加速度随时间变化的自定义函数；(2)根据单向门的性质运动情况，构建包含单向门的质量、转动惯量以及平动转动自由度的6DOF自定义函数；(3)根据单向门的碰撞特性，构建单向门碰撞的接触检测自定义函数；二、建立油箱模型，以确定最终制造的油箱模型：利用catia软件进行建模；三、利用ICEM软件划分网格，根据最终制造的油箱模型的结构特点，设置边界条件，选取网格类型划分网格，输出msh文件；四、打开fluent软件，将msh文件导入到fluent软件中；五、检测网格，以检测步骤三中划分的网格是否正确；六、设定单位：根据最终制造的油箱的真实尺寸设定单位；七、选择正确模拟油箱晃动的模型：选用多相流模型中的VOF模型，湍流模型中的k‑epsilon Realizable模型和动网格模型；八、导入自定义函数UDF，真实模拟油箱晃动过程：依次导入加速度随时间变化的自定义函数、6DOF自定义函数和接触检测自定义函数；九、设置材料属性：根据实际物体测量参数设置空气属性和汽油属性；十、相选择，以真实模拟油箱晃动：在相里设置第一相为空气，第二相为汽油；十一、域条件设置，设置油箱内部区域的形态：在域条件设置中，选择当前域为流体域；十二、设置边界条件，在此预设条件下进行模拟油箱晃动：根据模拟参数进行设定，对单向门进行定义时，分别定义旋转中心并分别调用不同的6DOF自定义函数；十三、求解法的选择，确定求解精度：压力速度耦合选择PISO模式，梯度选项采用Green‑Gauss Node‑Based法，压力修正方程采用Body Force Weighted模式，选用modified HRIC离散策略，动量方程选择二阶迎风，其他方程的差分格式选择一阶迎风；十四、边界初始化并设置迭代参数，进行计算；十五、查看残差图，对速度和相体积分数的云图和矢量图进行结果分析，并生成动画进行分析，改变数模，优化得到最佳的布置形式及工艺参数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于fluent软件的新结构油箱晃动仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：一、构建自定义函数UDF，具体步骤为：(1)根据数据采集软件得到车辆实际加速度的变化曲线，构建油箱的加速度随时间变化的自定义函数；(2)根据单向门的性质运动情况，构建包含单向门的质量、转动惯量以及平动转动自由度的6DOF自定义函数；(3)根据单向门的碰撞特性，构建单向门碰撞的接触检测自定义函数；二、建立油箱模型，以确定最终制造的油箱模型：利用catia软件进行建模；三、利用ICEM软件划分网格，根据最终制造的油箱模型的结构特点，设置边界条件，选取网格类型划分网格，输出msh文件；四、打开fluent软件，将msh文件导入到fluent软件中；五、检测网格，以检测步骤三中划分的网格是否正确；六、设定单位：根据最终制造的油箱的真实尺寸设定单位；七、选择正确模拟油箱晃动的模型：选用多相流模型中的VOF模型，湍流模型中的k-epsilonRealizable模型和动网格模型；八、导入自定义函数UDF，真实模拟油箱晃动过程：依次导入加速度随时间变化的自定义函数、6DOF自定义函数和接触检测自定义函数；九、设置材料属性：根据实际物体测量参数设置空气属性和汽油属性；十、相选择，以真实模拟油箱晃动：在相里设置第一相为空气，第二相为汽油；十一、域条件设置，设置油箱内部区域的形态：在域条件设置中，选择当前域为流体域；十二、设置边界条件，在此预设条件下进行模拟油箱晃动：根据模拟参数进行设定，对单向门进行定义时，分别定义旋转中心并分别调用不同的6DOF自定义函数；十三、求解法的选择，确定求解精度：压力速度耦合选择PISO模式，梯度选项采用Green-GaussNode-Based法，压力修正方程采用BodyForceWeig...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪新轲，杨图旺，吕梦杨，倪润宇，邓俊，李理光，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31