文档介绍：底刀轮流场的FLUENT软件仿真分析
摘要:为了研究纸张分条机中底刀轮工作时的流场状况,首先利用ANSYS Workbench建模,然后再利用Fluent计算模拟,最后再CFD-Post中查看结果。结果发现其底刀轮工作时周围的“风”产生的原因是多方面的。
关键词:分条机;底刀轮;流场分析;ANSYS Fluent
DOI:-1222/
0 引言
分条机采用的是分条切割,可将产品同时分切成多条,其生产效率非常高。与传统的分离方式相比而言,尽管有些昂贵并且安装不便,但是它的切割速率非常高,切割边缘还能够达到最好的质量,不会有毛边和锯齿。
分条切割机在工作时,由上下两个切割的刀轮相互接触,挤压原料,使之在刀轮口产生剪应力,从而切断原料。如同剪刀一样,两个刀轮的刀口处同样很锋利。但是,在实际生产中会发现,刀口附近在刀轮高速运转的情况下,周围会产生明显的“风”,而“风”会影响原料的剪切,使剪切后的边缘呈现毛边或者锯齿状,甚至会产生歪斜,使产品报废。为了避免“风”的出现,研究底刀轮在高速运转下的周围流场情况是极具意义的。
1 底刀轮周围流场建模
由于底刀轮形状结构非常简单,无需对其几何形状做任何的相似简化。但是在流场搭建过程中,要注意流场区域的大小,不能过小,过小会导致观察到的结果与真实情况有出入,其次边界形状也要设计合理。本文中的底刀轮的运动为旋转运动,故流场采用圆柱形。由于本文只做流场的模拟分析,不涉及零件的固体应变分析,所以刀轮的零件部分在模型中需要挖去。同时,又因为流场区域较大,对计算机负担较大,为了减小计算机的负担,采用周期边界的方法减少流场模型,本文采用1/4区域进行建模。
2 模型网格划分和计算参数设定
在完成几何建模后,退出Geometry,进入Mesh功能。由于流场为三维状态,故网格采用四面体网格,因形状较为规则,只有部分区域网格划分细密,网格数量共计282069个。
导入Fluent后,首先进行基本设置,计算的流体模型选用k-omega中的SST模型。只所以选用SST,是由于底刀轮在工作时周围仅有空气这一中流体,且空气的密度小,粘度低,而刀轮所做的运动为旋转运动。由于刀轮处于旋转状态,故采用相对位移原理,将流场设置为旋转流场,刀轮不动,转速为3200rpm,周期边界属性设置为周期。调整残值监测中的absolute ,然后开始计算。
3 流场分析结果对比
计算结束后,退出Fluent设置,进入CFD-Post查看?Y果,在刀刃处和轮缘处分别做一个平面,在平面上显示压力结果图。
从结果图中可以看出,在刀口附近的轮缘处有范围较大的压力变化,而在刀刃处压力变化范围较小。这说明刀轮在高速运转中的压力变化有可能是因为刀刃结构的凸起,凸起的刀刃与轮缘的直径数值不同,在旋转时外围线速度不一样,可能导致周围空气流场产生风。
当然,以上结论只是一个推测,并不能说明风的真正来源,为了验证以上结论,还需要做一个转盘实验模拟。
为了检验以上结论,本次模拟依旧采用Fluent软件,流体、计算模型等参数不变,只改变流场的几何模型。新建集合模型,以底刀轮的刀刃面为转盘,设置单侧的流场,流场形状为圆柱形,网格数量为2914