ANSYS对磁流体流动的仿真分析.pdfVIP

ANSYS 对磁流体流动的仿真分析 郭仁宁，武春晓，李锐平 辽宁工程技术大学机械工程学院能源与动力工程系，辽宁阜新（123000 ） E-mail：wuchunxiao2005@126.com 摘 要：使用传统的计算流体力学方法可以有效地对磁流体进行数值模拟，但是该方法缺 乏直观性，为提高对磁流体流动状态分析的准确性和直观性。现利用ANSYS 软件对其流动 进行二维绕流流场分析，重点模拟绕流状态流场速度和能量的变化，得到较理想的流场图 像模拟结果，对结论分析起到了重要作用。 关键词：ANSYS ；磁流体；电解质溶液；绕流 中图分类号：TK 1. 引言 磁流体作为一种新型的液体功能材料，由于它特殊的优点，无论是在理论研究还是在 实际应用上，都被人们广泛地关注。目前磁流体的发展主要有两个方向:一是磁性流体的基 础研究，磁流体各种现象与性能的微观机理;二是磁流体的应用研究，主要有液体流动控制、 研磨、润滑、密封、热传导、振动、医疗、传感器、印刷、光学仪器等。 电解质溶液能较好的模拟电磁流体在电磁场中的流动现象。采用计算流体力学方法建 立磁流体流动模型，并进行数值模拟，但是传统的数值模拟方法对流场的直观性显示比较 困难。本文运用ANSYS 软件对电解质溶液流动状态进行有限元仿真模拟，对磁流体整体流 动进行分析和计算，并建立直观的流场图像模型。 2. 电解质溶液在电磁场下运动的流动模型的基本理论 [1] 建立流动模型基本假设 ： ①电流密度J 和电磁通密度B 均匀分布且相互垂直； ②流体为不可压缩体，在水平放置的通道内流动，其重力影响可以不计； ③流体的密度ρ、电导率σ、动力粘度µ 均为常数； 流动模型基本方程： l) 电流密度方程 J σE σ(Ed +u ×B) 2) 电磁力密度方程 f e J ×B 3)连续性方程 ∂u ∂u ∂u ∇⋅u x + y + z 0 ∂x y z ∂ ∂ 4)流体运动方程的矢量表达式为 du 2 ρ f e −∇P +µ∇ u dt 流体运动方程组： -1- σ σ( + × ) J E E u B ⎧ d ⎪ f e J ×B ⎪ ⎪ ∂u ∂u ∂u ⎨ x y z 0 ∇⋅u + + ⎪ ∂x ∂y ∂z ⎪⎪ρdu µ 2 f e −∇P + ∇ u ⎩ dt 由于方程中电磁参数和流体参数紧密联系，再加上电磁和流体两者不同的边界和初始 条件，从而导致求解比较困难。可以根据实际条件，对方程进行必要的简化，再根据边界 条件和初始条件求解，就可以得出电磁场、流场的分布状况以及流体的运动规律。 3. 圆柱绕流的仿真模拟和分析 根据计算流体力学理论建立的数学模型，通过ANSYS 分析软件对电解质溶液的流动状 态进行仿真模拟[4] [2][3] ，以探讨其流体绕圆柱流动的速度，能量及流场的分布情况 。