计量检定类虚拟仿真实验  
 
流体流场虚拟仿真实验
作者:admin     时间:2015-8-18 19:16:23   点击:591

项目概况

采用流场虚拟仿真实验方法来研究工业流体计量仪表的相关特性,能够分析误差原因,缩短检定/研发周期,降低研发成本,为开发出低损耗、高精度的流量仪表提供有效的方法和依据,提高企业市场竞争力,因此越来越受到流量计量行业的重视,在计量机构中也得到越来越的应用。为了提升学生的行业就业竞争力,中心教师利用自身技术优势,结合科研项目,基于Solidworks、ICEM、Fluent、Pumplinx等专业流体仿真平台自主开发了流体计量仪表流场虚拟仿真实验。

通过该系列实验,学生可以对流体计量仪表内部结构与工作原理有深刻的理解,同时可以发现许多真实实验科学中存在但无法观察到的现象,并能够更加理性地了解流量仪表工作时内部的复杂流动情况。此外,由于许多工业流体是易燃易爆液体或者气体,因此通过流场仿真实验可以杜绝真实实验潜在的高危险性,对于价格昂贵的工业流体,流场仿真实验在降低能耗及实验成本、节约资源、提高实验效率方面也有深远的意义。

本实验可结合《热工计量》、《工程应用软件》系列课程,培养学生在综合应用、设计、创新、探索等方面的学习与科研能力。

天然气膜式流量计整体运动仿真实验

大口径垂直螺翼式水表内部流场仿真实验

结构与功能

本虚拟仿真实验是基于多个技术平台下的全仿真实验,学生可以自由选择计量仪表的类型、型号(某一类型下),然后进行建模、网格划分、计算模型与方法、初始与边界条件的选择等环节,实现对流体计量仪表内部流场的仿真,同时可以对照数据库中的真实实验数据验证仿真实验的正确性,主要软件仿真平台包括:

1)Solidworks:学生可以根据自由选定的流体计量仪表型号进行该仪表的三维建模,实现模型二维空间信息向三维空间模型的转换,最终提取出供网格划分的计算流体区域;

2)Gambit / ICEM:这两种主流的网格生成软件可为流体区域的网格划分提供良好的技术支持,而后者在复杂大型三维流体区域的网格划分方面更有优势,前者对于学生而言操作更为简洁,入门更快,这样就实现了由易到难的递进式教学,据实确立更高的教学目标;

3)Fluent:作为应用最为广泛的流场仿真软件,提供了友好的二次开发接口,方便中心教师开发流体计量仪表的仿真实验。天然气膜式流量计整体运动仿真实验就是中心教师利用该平台开发的典型计量仪表流场仿真实验,由于这种类型的流量计包含运动部件、多种工作模态以及流体区域与工作模态必须相协调等特点,考虑到这种类型的流量计在能源计量领域有着广泛的应用,对学生具有启发性,容易应发学习兴趣。利用Fluent的UDF功能,学生就能够在老师的指导下实现对该类流场的仿真实验,充分了解该类计量仪表的内在工作原理与工作特性;

4)Pumplinx:利用该软件在流体机械仿真方面的技术优势,学生可以多角度学习流场仿真实验,大口径垂直螺翼式水表内部流场仿真实验就是中心教师将科研成果转化为基于Pumplinx平台下的虚拟仿真教学实验,充分利用它在水表、速度式流量计等无动力流体机械方面的仿真技术优势。

部分典型的实验项目

1)天然气膜式流量计整体运动仿真实验

2)大口径垂直螺翼式水表内部流场仿真实验

3)智能水平螺翼式水表流体仿真实验

系统效果与特色

本流场仿真虚拟系统为学生提供了一个良好的流场仿真学习平台,结合计量行业背景的特色实验项目可以培养学生工程应用软件应用能力,帮助其深刻理解流体计量仪表的内在工作原理、内部流动特性,观察真实实验难以呈现的流动现象,特别对易燃易爆或者价格昂贵的工业流体计量仪表的仿真实验更具意义。

1)实验系统由多种主流仿真软件有机结合而成,学生可以实景体验先进CAM技术的应用价值与魅力,全面培养学生的工程应用软件实践能力,有助于理论知识与企业实际应用紧密结合,提高其学习兴趣。

2)实验系统深度融合中心教师在工业流体计量仪表方面的科研项目,提升了仿真实验本身的计量特色,为培养学生计量认知与创新能力打下了坚实的基础,巩固其计量专业特色。

3)实验系统可以对易燃易爆、高温高压等高危险性工业流体进行仿真实验,开展真实实验难以开展或者成本昂贵的实验,拓展学生的知识空间与视野。