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[UDF专题] 求助一个简单的udf

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发表于 2015-10-10 19:03 | 显示全部楼层 |阅读模式

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各位前辈,我刚入门fluent,现在课题遇到点难处,求学于此。
课题大概:斜齿轮啮合,喷油润滑,需要仿真计算喷油的过程中,齿轮的齿面的温度分布。(假设齿面摩擦生热功率已知,平均值为A)。

问题如下:齿轮啮合转动过程中,是时刻运动的,而齿面只有在进入啮合区域有了摩擦才会生热,也就是说齿面生热功率(heat flux)加载并不时刻固定的,而应该随着时间的改变(进入啮合区后为A,出了啮合区则为0),这个udf如何编写?(为了省事,我计算摩擦热功率时取得平均值,这样直接可以加载一个齿面,一个齿轮假设有n个齿,只要根据转速,设定好时间,让n个齿面在各自的啮合的时间里加载生热功率就可以了)我的思路大概这样:
齿面1: if  "?"<time<"?"  
                       heat flux=A
              else
                      heat flux=0                  end

齿面2:  if .....
......

问题的关键在于这个udf我不会编写。齿轮转动还可以用profile或者udf来控制(udf有好多实例,直接修改即可),这个随着时间的变化来加载heat flux,我还真没找到相应实例,我自己看fluent udf help文件看了许久,还是不明白,特别是程序中什么由面中心(线中心)计算到这个面(线),看不懂。
我自己想的一个如下,感觉是不对的:
DEFINE_TRANSIENT_PROFILE(wall_heat_flux,time)
{
real heat_flux = 0.0;
if (time < ?时间条件)
{
heat_flux = 一个数;
}
else
{
heat_flux = 0;
}
return heat_flux;
}

另外,还有个门外汉的问题:fluent或者cfx仿真计算齿轮啮合喷油的过程时,模型应该是流体的模型,此模型中能直接加入齿轮-----这个固体模型吗?就是能直接在fluent或者cfx中模拟出整个结果?
    我自己感觉是不是可以先只计算流体模型(即喷油),流体内边界就是齿轮固体外边界,这样可以计算边界上的对路换热系数(有了生热功率,有了流体的属性、温度),然后再根据这个换热系数,生热功率到ansys 热分析模块去仿真齿轮的温升分布。


求求前辈们指导指导,不一定把我的问题全部解答,哪怕给个建议、思路或者讨论个可行性都是好的,我不胜感激。


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发表于 2015-10-12 09:39 | 显示全部楼层
本帖最后由 Heidiadalheid 于 2015-10-12 09:40 编辑

你这个问题看了半天,实在是太复杂了
1. 这个问题光考虑润滑有的流动就已经够复杂了,其流体的边界就是变化的,再加上热一类的问题,就算精通流体力学及相关软件的人也不是短时间内能够做出来的
2. 如果非要这么做的化你最后给的思路基本上差不多,不过可行性在哪里?我觉得你应该好好考虑一下
3. 如果仅是为了仿真齿轮的问题分布,个人认为必要考虑流体的问题,采用ansys一类的软件可以直接对齿轮进行分析,润滑油带走的热量可以考虑成均匀的
4. 如果要考虑有的温升或者润滑油喷射量的问题,个人认为也没必要这样做,由于齿轮箱内润滑油是不断被搅动的,所以可以将润滑油的问题视为等温,这样就和容易建立热的平衡方程进行分析
5. 工程问题往往首先需要考虑的是简化,而不是非要完全模拟实际状况,否则的话代价实在是太大,最后得到成果又未必如你所期望
 楼主| 发表于 2015-10-13 17:02 | 显示全部楼层
本帖最后由 等雨停 于 2015-10-13 17:05 编辑
Heidiadalheid 发表于 2015-10-12 09:39
你这个问题看了半天,实在是太复杂了
1. 这个问题光考虑润滑有的流动就已经够复杂了,其流体的边界就是变 ...

师姐说的句句在理,句句入我心坎。
人在江湖(学校),身不由己;师傅指挥棒一挥,我等就要前线杀敌;最恨的是非亲娘养,被借调与人,与自己专业兴趣背道而驰;无奈制度所限,忍为上策,退则为下策。
既来之则安之,安之而后静心,静心而后勤思,勤思而知真理,此乃人之理想也。奈愚智力不足,尽力却未能求得解题之方法,因此求助于各大论坛。

师姐回复的如此详细与用心,小妹在此万分感谢!
1、我自己的确需要精心来考虑一下按照之前的思路做仿真的可行性、意义何在?或者说一开始问题就没有得到相应的简化(当然自己的工程实际经验不足,仿真经验不足,导致了这一切的发生,这也是硕士教育制度的悲哀,一个“真正”的学生,直接就操刀一些工程问题,还要按时间交成果,师傅还给不了多少帮助,这样的成果我自己都持很大怀疑态度)
2、因时间、科研环境(导师、实验室)等的约束,目前没有实验条件,没有其他帮助,而且也快没时间了。就我目前的这个想法来说,师姐帮我再参考一下:
问题简单点就是  ”齿轮啮合过程中,不同方位喷油润滑的效果(啮入方向喷油和啮出方向喷油),我接到的命令是仿真此过程,以及得出相关的结论(哪个方位喷油较好,喷多少油)“
那么以什么标准来衡量什么效果是好什么效果是不好呢,我自己认为就是看齿轮的温升。齿轮啮合过程中摩擦生热,这个可以根据经验公式计算。然后将生热功率施加到齿轮表面(这就出来了一开始我提出的问题,怎么编写udf将heat_flux加载到齿面上,因为齿轮是在转动的)。
后面就是仿真了,说实话,对于流体力学、fluent软件等,我实在是个门外汉,都是第一次接触。基本概念都没搞清楚,仿真做的我自己都不忍直视。


发表于 2015-10-14 17:11 | 显示全部楼层
问题简单点就是  ”齿轮啮合过程中,不同方位喷油润滑的效果(啮入方向喷油和啮出方向喷油),我接到的命令是仿真此过程,以及得出相关的结论(哪个方位喷油较好,喷多少油)

这个问题也很难啊,由于计算域是变化的,所以就要用到动网格
而且还不是单一边界是运动的,运动边界还比较复杂
如果让我来做这个问题,我的第一选择就是放弃
 楼主| 发表于 2015-10-14 19:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 等雨停 于 2015-10-14 19:41 编辑
cora 发表于 2015-10-14 17:11
问题简单点就是  ”齿轮啮合过程中,不同方位喷油润滑的效果(啮入方向喷油和啮出方向喷油),我接到的命令 ...
人在江湖(学校),身不由己;师傅指挥棒一挥,我等就要前线杀敌;最恨的是非亲娘养,被借调与人,与自己专业兴趣背道而驰;无奈制度所限,忍为上策,退则为下策。
既来之则安之,安之而后静心,静心而后勤思,勤思而知真理,此乃人之理想也。奈愚智力不足,尽力却未能求得解题之方法,因此求助于各大论坛。
上面我回复的时候,突然就写出了这段话,毫无准备,看来我心中早已是万马奔腾。如何放弃?老师的项目任务,有合同,有截止日期,没人做,老师就让我拿这个当做研究生课题。已经到这一步了,放弃已经不可能了。只能混着毕业了。

点评

从这里来看,齿轮润滑的第一作用还是减少摩擦,而摩擦的减少也可以有效的降低齿轮拟合的发热量,进而降低其工作温度 从这里来看喷油角度和方位的选择关键在于如何有利于形成油楔,以达到更好的润滑效果,所以个  详情 回复 发表于 2015-10-15 15:52
我的意思不是让你放弃这个项目,而是在思路上看看能否找到可简化的方案  详情 回复 发表于 2015-10-15 15:36
发表于 2015-10-15 15:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 cora 于 2015-10-15 15:38 编辑
等雨停 发表于 2015-10-14 19:40
人在江湖(学校),身不由己;师傅指挥棒一挥,我等就要前线杀敌;最恨的是非亲娘养,被借调与人,与自己专 ...

我的意思不是让你放弃这个项目,而是在思路上看看能否找到可简化的方案
现在这种方案可行性太低了,想想变通的方法
发表于 2015-10-15 15:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 cora 于 2015-10-15 15:55 编辑
等雨停 发表于 2015-10-14 19:40
人在江湖(学校),身不由己;师傅指挥棒一挥,我等就要前线杀敌;最恨的是非亲娘养,被借调与人,与自己专 ...
齿轮润滑剂的作用
①减少摩擦  如果两齿面被润滑剂流体膜隔开,则避免了金属与金属的直接接触,把干摩擦变成了液体摩擦。或者由于形成了物理、化学吸附膜减少摩擦,避免齿轮点蚀和胶合的发生。
②散热  润滑油可以把啮合产生的热量带走,避免温度过高引起的胶合等齿面损伤的发生。
③防锈  润滑剂覆盖了齿轮和其他零件表面,起到了隔绝空气,避免齿轮的氧化锈蚀。
④降低振动冲击和噪声  由于润滑剂的粘滞性,能起到降低齿轮振动、冲击和噪声的作用。
⑤排除污物  润滑油能冲刷齿面上的磨粒和杂质,带走油池或润滑系统中的污物,保证齿面的清洁,减少磨损。

从这里来看,齿轮润滑的主要作用是减少摩擦和冷却,而摩擦的减少也可以有效的降低齿轮拟合的发热量,进而降低其工作温度

不同型式的齿轮传动由于其啮合几何学特征不同,也对润滑剂提出了不同的要求。例如渐开线直齿、斜齿轮平行轴传动,其啮合线与滑动速度方向基本垂直,因此具有较好的形成油膜条件。而蜗轮蜗杆传动、双曲线齿轮等轴交叉或交错传动属于空间啮合,其啮合线与相对速度方向的夹角较小,不利于形成油楔,因此这些传动就需要黏度较高且含有一定的添加剂来改善润滑条件。

从这里来看喷油角度和方位的选择关键在于如何有利于形成油楔,以达到更好的润滑效果,所以个人认为没必要做这么复杂的流体分析,从油楔形成的机理和条件来考虑这个问题更为有效
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发表于 2015-10-15 15:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 cora 于 2015-10-15 15:58 编辑
循环喷油润滑
循环喷油润滑方式有两种形式:一种以减速器箱体为油箱,另加一套润滑装置,用油泵将油经过滤器、冷却器后再打入箱体内润滑齿轮和轴承。此种润滑方式可能会使个别大齿轮浸到油中,使油浴喷油润滑两种方式都存在。该种润滑形式多用在单台减速器工作的场合;第二种润滑形式为集中供油润滑,对于在同一生产线上工作的多台减速器,多采用润滑油站集中供油润滑。
(1)喷油量  喷油量由齿轮箱的总效率进行热平衡计算后得出。但每毫米齿宽至少要有0.05L/min的油量。一般可按每毫米齿宽0.08~0.1L/min进行估算。
(2)总油量  需要考虑油的循环冷却时间,需要循环冷却的时间越长,总油量越大。通常可按喷油量乘以循环时间计算。循环时间通常为4~30min。对于工业齿轮箱,至少为4~5min;对于透平齿轮箱,至少为5~10min。在从油箱中吸油时,要用0.5~2min的时间。油箱体积可按总油量适当加大。如环境温度在4℃以下,配管长度大于8m或油箱容积超过2500L,要加预热装置。如果油温超过60℃,要加冷却装置。
(3)喷油压力  在工业齿轮箱中,进入齿面之前的油压为(0.5~1.0)×105Pa表压,在工作温度较高的飞机齿轮箱中和齿轮线速度小于150m/s的高速齿轮箱中,约为1.5×105Pa,在齿轮线速度还要高时,可达3.5×105Pa左右。压力越高,油从密封中漏失的危险性也越大。
(4)喷油方向  在低速时,油主要用于润滑;在高速时,油主要用于冷却。高速齿轮润滑油量的很大一部分是用来带走热量的,在圆周速度超过60m/s时,有80%或更多的油用于冷却。在低于25~30m/s时及立式齿轮箱中,油从啮入侧喷入;在超过60m/s时,要从啮出侧喷入;在30~60m/s之间,喷油方向没有严格要求。而在超过100m/s时要从啮出与啮入侧同时喷入。
(5)喷嘴  当量孔径不宜过小,以免堵塞。对于过滤得较好的稀油(如飞机齿轮箱),孔径要大于0.75mm;对于工业齿轮箱,要大于2~2.5mm;在油有弄脏的危险的地方,可达5mm。在高压时,可用勺形喷嘴造成一个片状的油幕。喷嘴离齿顶的距离约为150~200mm。喷嘴与喷嘴之间的距离为150mm左右,第一个喷嘴要离齿端50mm左右。
(6)过滤器  过滤器及其安装要可靠。在装有狭喷嘴的飞机齿轮箱中,常用孔径(或网眼尺寸)≤10μm的纸质(或网式)过滤器;对于同时要润滑滑动轴承的高速齿轮箱,要用网式(或缝隙式)过滤器,网眼(或缝隙)尺寸≤50μm;对于工业齿轮箱网眼≤100μm。
(7)油温  喷油润滑的油温通常低于油浴润滑。其喷油温度及出油与喷油的温差见表9-52。

至于高速条件下的冷却作用,我认为没有必要从流场的细节来分析,应该从控制生热量和整体能够带走的热量来考虑就可以,毕竟在齿轮箱内,润滑油具备充分混合的条件,所以其问题从整体来说应该是基本均匀的
希望相关的资料对你会有所帮助

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 楼主| 发表于 2015-10-15 20:43 | 显示全部楼层
cora 发表于 2015-10-15 15:54
至于高速条件下的冷却作用,我认为没有必要从流场的细节来分析,应该从控制生热量和整体能够带走的热量来 ...

好贴,人好有耐心,资料好切题实用。更好的在于你的分析思路,思考方式,给了我一个很好的教诲启示。我这几天正在思考,并找了些关于齿轮润滑的文献资料,先不急着做仿真,想先从齿轮润滑的基础理论入手,搞清楚基本问题与原理,再来完成我这个课题,刚好也可以从齿轮入手,提升自己的机械素养。感谢您的耐心解答。我有问题了我还回来求教。

点评

加油,坚持就是胜利  详情 回复 发表于 2015-10-20 08:44
发表于 2015-10-20 08:44 | 显示全部楼层
等雨停 发表于 2015-10-15 20:43
好贴,人好有耐心,资料好切题实用。更好的在于你的分析思路,思考方式,给了我一个很好的教诲启示。我这 ...

加油,坚持就是胜利
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