CN113722953A - 一种基于ansys的水表流量特性参数化优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，通过提取水表相关结构参数，建立参数化组，采用数值模拟的方法对水表内流场进行仿真计算，能够直观地显示水表内流场的分布，同时计算水表流量特性；通过求解器实现对多个设计点的自动求解，分析计算结果，并给出最佳的结构参数组合及结构参数的敏感性分析，优化了水表的流量特性，节省了设计研发的成本，本申请还涉及一种执行上述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化系统。
Description
技术领域
本发明涉及水表流量，尤其是涉及一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法。
背景技术
水表作为一种连续测量的计量器具，其性能影响因素众多，且对结构参数极其敏感，这就给水表的设计研发造成了极大的困难。水表传统的设计方法是建立在实验科学基础之上的，需要研发人员通过对样机的大量反复试验和调整，最终确定符合技术指标的结构。传统的设计研发思路无法解决水表流量特性的优化设计问题，且其研发周期偏长，从而导致行业的研发水平陷入瓶颈。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，使流固耦合数值接近实际工程需要，生产的产品性能高。
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种基于被动旋转的流固耦合数值计算系统，能够计算出被动旋转时流固耦合数值，使流固耦合数值接近实际工程需要，生产的产品性能高。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，包括以下步骤：
物理建模：通过三维建模软件对水表进行三维物理模型的建立；
搭建工作流程：在ANSYS Workbench平台上搭建流体仿真的工作流程；
SCDM前处理：将三维模型导入前处理模块SCDM中进行计算域的提取，并建立参数化组；
设置参数范围：工作流程自行添加参数化设置的步骤，对参数化的各结构参数设置合理的变化范围；
离散化处理：通过ANSYS流体仿真模块对计算域进行离散化处理；
计算求解：根据实际物理现象设置相关条件，选择合理的数值方法，开始计算；
逐点分析计算：在原始结构的流场计算完成后，ANSYS会根据各参数的范围，自行调整结构，对不同的设计点逐个进行流场的分析计算；
输出最优参数组合：所有设计点的流场计算完成后，通过ANSYS参数化分析模块分析各设计点下水表的流量特性，选择最优的参数组合输出，达到流量特性优化的目的。
进一步地，在所述物理建模步骤中，还包括将三维物理模型转换成ANSYS前处理模块能够识别的文件格式。
进一步地，所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法还包括判断步骤，所述判断步骤为判断所有设计点是否计算完成，若所有设计点计算完成，则选择最优的参数组合输出；若所有设计点没有计算完成，则根据下一设计点自动修改结构，并返回离散化处理步骤。
进一步地，在所述计算求解步骤中，所述相关条件包括边界条件、初始条件、非稳态计算条件。
进一步地，所述计算求解步骤中，所述相关条件在Fluent求解器中设置。
进一步地，所述离散化处理步骤中，通过Fluent meshing划分网格。
进一步地，当所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法应用于单流束水表时，所述SCDM前处理步骤具体为：提取上阻尼筋高度、进出口切线圆角度、表壳腔体进出口管径、叶轮外径、表壳腔体进出口位置参数，建立参数化组。
进一步地，当所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法应用于单流束水表时，所述计算求解步骤中，所述选择合理的数值方法具体为：选择湍流模型以及压力与速度耦合方法。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化系统，所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化系统用于执行上述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法。
相比现有技术，本发明基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，通过提取水表相关结构参数，建立参数化组，采用数值模拟的方法对水表内流场进行仿真计算，能够直观地显示水表内流场的分布，同时计算水表流量特性；通过求解器实现对多个设计点的自动求解，分析计算结果，并给出最佳的结构参数组合及结构参数的敏感性分析，优化了水表的流量特性，节省了设计研发的成本。
附图说明
图1为本发明基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，为本发明一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，包括以下步骤：
物理建模：通过三维建模软件对水表进行三维物理模型的建立；
搭建工作流程：在ANSYS Workbench平台上搭建流体仿真的工作流程；
SCDM前处理：将三维模型导入前处理模块SCDM中进行计算域的提取，并建立参数化组；
设置参数范围：工作流程自行添加参数化设置的步骤，对参数化的各结构参数设置合理的变化范围；
离散化处理：通过ANSYS流体仿真模块对计算域进行离散化处理；
计算求解：根据实际物理现象设置相关条件，选择合理的数值方法，开始计算；
逐点分析计算：在原始结构的流场计算完成后，ANSYS会根据各参数的范围，自行调整结构，对不同的设计点逐个进行流场的分析计算；
输出最优参数组合：所有设计点的流场计算完成后，通过ANSYS参数化分析模块分析各设计点下水表的流量特性，选择最优的参数组合输出，达到流量特性优化的目的。
具体的，在物理建模步骤中，三维物理模型的比例为1：1。物理建模步骤中还包括还将三维物理模型转换成ANSYS前处理模块能够识别的文件格式。
具体的，基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法还包括判断步骤，判断步骤位于对不同的设计点逐个进行流场的分析计算步骤与选择最优的参数组合输出步骤之间，括判断步骤具体为：判断所有设计点是否计算完成，若所有设计点计算完成，则选择最优的参数组合输出；若所有设计点没有计算完成，则根据下一设计点自动修改结构，并返回离散化处理步骤。
具体的，在计算求解步骤中，相关条件包括边界条件、初始条件、非稳态计算条件，相关条件在Fluent求解器中设置。
具体的，离散化处理步骤中，通过Fluent meshing划分网格。
本发明还涉及一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化系统，基于ANSYS的水表流量特性参数化优化系统用于执行上述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法。
下面，结合实例对本发明作进一步地详细说明：
一种单流束水表流量特性参数化优化的方法：
建立水表的物理模型；
在Workbench平台上搭建流体仿真工作流程；
建立流体仿真相关计算域，提取结构参数建立参数化组(上阻尼筋高度、进出口切线圆角度、表壳腔体进出口管径、叶轮外径、表壳腔体进出口位置等)并设置各参数的变化范围，具体如表1所示：
表1参数组
流体计算域进行离散化处理；
建立流体计算控制方程，选择合理的数值计算方法(湍流模型、压力速度耦合方法、精度设置等)，设定边界条件、初始条件、非稳态条件；
完成计算，提取叶轮转速，计算水表流量特性；
各设计点自动执行计算流程；
设置优化目标，所有设计点计算结果进行分析计算，确定最有优参数组合；
输出最佳设计点及流量特性分析报告(叶轮直径49mm，表壳腔体进水口角度22.5°的方案较为合理，可改善流量特性的线性度)。
本发明基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，通过提取水表相关结构参数，建立参数化组，采用数值模拟的方法对水表内流场进行仿真计算，能够直观地显示水表内流场的分布，对水表内流场进性可视化分析，同时计算水表流量特性；通过求解器实现对多个设计点的自动求解，分析计算结果，并给出最佳的结构参数组合及结构参数的敏感性分析，优化了水表的流量特性，无需开模，节省了设计研发的成本。同时，通过ANSYS参数化分析模块还可以分析水表流量特性对各结构参数的敏感性程度，为水表流量特性的提升提供一定的理论支撑。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
物理建模：通过三维建模软件对水表进行三维物理模型的建立；
搭建工作流程：在ANSYS Workbench平台上搭建流体仿真的工作流程；
SCDM前处理：将三维模型导入前处理模块SCDM中进行计算域的提取，并建立参数化组；
设置参数范围：工作流程自行添加参数化设置的步骤，对参数化的各结构参数设置合理的变化范围；
离散化处理：通过ANSYS流体仿真模块对计算域进行离散化处理；
计算求解：根据实际物理现象设置相关条件，选择合理的数值方法，开始计算；
逐点分析计算：在原始结构的流场计算完成后，ANSYS会根据各参数的范围，自行调整结构，对不同的设计点逐个进行流场的分析计算；
输出最优参数组合：所有设计点的流场计算完成后，通过ANSYS参数化分析模块分析各设计点下水表的流量特性，选择最优的参数组合输出，达到流量特性优化的目的。
2.根据权利要求1所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于：在所述物理建模步骤中，还包括将三维物理模型转换成ANSYS前处理模块能够识别的文件格式。
3.根据权利要求1所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于：所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法还包括判断步骤，所述判断步骤为判断所有设计点是否计算完成，若所有设计点计算完成，则选择最优的参数组合输出；若所有设计点没有计算完成，则根据下一设计点自动修改结构，并返回离散化处理步骤。
4.根据权利要求1所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于：在所述计算求解步骤中，所述相关条件包括边界条件、初始条件、非稳态计算条件。
5.根据权利要求1所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于：所述计算求解步骤中，所述相关条件在Fluent求解器中设置。
6.根据权利要求1所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于：所述离散化处理步骤中，通过Fluent meshing划分网格。
7.根据权利要求1所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于：当所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法应用于单流束水表时，所述SCDM前处理步骤具体为：提取上阻尼筋高度、进出口切线圆角度、表壳腔体进出口管径、叶轮外径、表壳腔体进出口位置参数，建立参数化组。
8.根据权利要求7所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法，其特征在于：当所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法应用于单流束水表时，所述计算求解步骤中，所述选择合理的数值方法具体为：选择湍流模型以及压力与速度耦合方法。
9.一种基于ANSYS的水表流量特性参数化优化系统，其特征在于：所述基于ANSYS的水表流量特性参数化优化系统用于执行如权利要求1-8任意一项所述的基于ANSYS的水表流量特性参数化优化方法。
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Citations (2)
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| CN103226633A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-07-31 | 北京工业大学 | 一种静压油垫流场特性仿真优化方法 |
| CN111680370A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-09-18 | 武汉船用机械有限责任公司 | 液压阀的设计方法及设计装置 |
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2021
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