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电驱变速箱润滑CFD仿真CFD(二)

2018/3/7    来源:互联网    作者:许洲      
关键字:计算流体动力学  光滑粒子流体动力学  电驱变速箱  nanoFluidx  GPU  
本文主要研究电驱动变速箱飞溅润滑CFD仿真的方法。基于nanoFluidX软件的光滑粒子流体动力学方法(SPH方法),使用Linux计算平台下的GPU技术对真实的几何形状进行高性能仿真。此方法可以预测有复杂轮系运动的变速箱润滑油流动,并分析系统每个部件的力和力矩。使用一个显卡GPU仿真计算转速为近万转每分钟的电驱变速箱的一百多个转动周期只要几天时间。为电驱变速箱润滑管理系统的研发和优化提供了可靠而又快速的虚拟样机验证。

3 仿真建模及分析

3.1 仿真载荷与边界条件

    此单速变速箱为二级减速齿轮箱结构。采用平行轴斜齿齿轮,比正齿轮强度高且运转平稳。同时,集成了差速器和驻车机构。如图6所示。

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    图6 单速电驱变速箱CAD示意图

    各个旋转齿轮轴的转速将作为润滑仿真的输入载荷。如表1,输入轴7200转每分钟等效于车速90千米每小时。

    表1 齿轮轴转速信息

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    在nanoFluidX中有四种不同的相,或者可以把相理解为不同的SPH粒子类型;分别为FLUID、WALL、MOVINGWALL和MASSFLOW。仿真计算中,我们把变速箱壳体考虑为一个密闭的箱体,即Wall类型的SPH粒子。箱体中包含三个不同转速的旋转齿轮轴,即MOVINGWALL类型的SPH粒子。此案例需要考虑双相流,即箱体中的空气和润滑油,需要分别建立两组不同塑性的FLUID类型的SPH粒子。如图7所示。

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    图7 粒子类型示意图

3.2 生成SPH粒子

    可以选择Simlab或者HyperMesh作为前处理软件。对于刚性墙,不管是WALL还是MOVINGWALL,只需要建立和流体粒子(FLUID)有相互作用力的边界层即可。如图2和图7所示,由于每一个粒子仅仅和相邻的粒子之间进行相互作用力的计算,所以边界墙建立了5层SPH粒子。流体粒子,包括空气和润滑油,需要填满封闭箱体。具体生成粒子的方法和过程这里就不再赘述,表2为生成的SPH粒子信息。

    表2 SPH粒子信息

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3.3 求解器设置

    nanoFluidX的仿真配置文件为ASCII格式,目前只支持手工编辑。但是配置文件还是比较容易编写的,润滑仿真中只用了不到40个关键字卡片。配置文件分为通用仿真参数部分、求解域参数部分、核函数参数部分、相参数部分、运动参数部分和载荷平衡参数部分共计6个部分组成。nanoFluidX相对于传统基于网格法的CFD求解器更容易学习。在工程应用上或者说在软件操作上,不需要工程师花费太多的学习时间。软件的用户手册文档可以满足我们对理论背景和工程背景90%以上的需求;这大大减轻了工程师的学习负担。在此润滑仿真案例中,参考表1和表2中的转速信息、相信息、密度信息和黏度信息对仿真配置文件进行编辑。

3.4 ParaView后处理

    ParaView是一个开源、多平台数据分析和可视化应用程序。用户可以采用定性和定量技术快速构建可视化分析数据。可以交互式地在3D和程序化之间使用ParaView的批处理能力进行数据探索。ParaView用C++编写,基于VTK(Visualization Tool Kit)开发,而nanoFluidX目前仅支持VTK结果输出,即以pvd为扩展名的结果文件。

    经过ParaView的后处理,可以从SPH粒子中获得和传统CFD求解类似的结果。例如,流体外观形状、速度云图、切片、时间历程属性统计(切片和流线)、向量标识、提取区域流体体积、沿直线的属性测量以及ShepardCoeff.等。

    仿真模型总共运行了1秒,其中(0?0.1)秒为从0加速到7200转每分钟,(0.1?1)秒为保持恒定的7200转每分钟。输入轴转了114个循环。仿真计算用了5天5小时。图8为初始液面状态和仿真计算到1秒时的润滑油状态。

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    图8 初始液面状态和1秒时的润滑油状态

责任编辑:张纯子
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