Fl t 2软件在工程中的应用Flowmaster2软件在工程中的应用

FLowmaster

Fl t 2 背景Flowmaster2 背景

FLOWMASTER2是FLOWMASTER INTERNATION LTD公司开发的产品,总部位于英国的北安LTD公司开发的产品,总部位于英国的北安普敦郡.由英国流体力学研究协会在多年流体的研由英国流体力学研究协会在多年流体的研究和10000个小时以上的实验数据的基础上开发.FM2在一维流体系统仿真领域处于No.1的地位.用户遍布世界上40个国家和地区，既有政府部门，也有私人企业以及教育单位。

Flowmaster

专业的一维流体系统仿真软件

FLOWMASTER2是全球领先的一维流体系统解算工具统解算工具

是面向工程的完备的流体系统仿真软件包，有针对空调系统气液两相流的空调组件 也有针对空调系统气液两相流的空调组件,也有泵,阀门,管路,换热器等100余种工程常用元件元件

分析类型完备稳态和瞬态分析稳态和瞬态分析

不可压缩流体和可压缩流体系统进行分析

系统热分析

Flowmaster

Flowmaster主要应用

压力、温度、流速、流量等参数的预测。压力、温度、流速、流量等参数的预测。

液体、气体和空调系统的分析。

稳态系统分析稳态系统分析。

瞬态系统分析。

元件尺寸分析。

各种复杂形状的流体管网系统各种复杂形状的流体管网系统。

流量配平分析

Flowmaster

Fl t 的技术特点Flowmaster的技术特点

搭建模型快捷、准确

元器件库完备 先进 元器件参数齐全元器件库完备、先进，元器件参数齐全，设置简便。

与多种软件接 完备与多种软件接口完备（Fluent,Matlab;Excel;Optimus)

丰富及开放的元气件库

分析类型完善

分析结果方便分析结果方便

Flowmaster

丰富的元件库丰富的元件库MiscellaneousOrificesTransitionsBends Miscellaneous

GaugesECMs

Discrete LossesG l L

OrificesSharp-Edged

ConicalLongRadiussed

TransitionsAbruptGradual

PumpsR t d i P

BendsCircular BendsRectangular Bends

ValvesC t l V l General Loss

ComponentSolids

Point MassS lid B

RadiussedSquareSharp-Edged

Standard Orifice Plate

Rotodynamic PumpsCompressorCentrifugal Fan

Controllers

Control Valves12 Different Types

Check ValvesSwing-Check Valve

Solid BarThermal BridgeTemperature SourceHeat Source

AC C

Orifice PlateReservoirs

GeneralConstant HeadVariable Head

Script ControllerTabular DataCurve InputPID

Clapper-Check ValvePlug-Check Valve

Relief ValvesPoppet Relief Valve

AC ComponentsEvaporatorCondenserCompressor

Variable HeadFinite AreaStorage Vessel2-Armed Tank3 Armed Tank

Motor Torque Controller

Pressure UnloaderSources

Heat ExchangersRadiatorHeat ExchangerHeater/Cooler

AccumulatorReceiver DrierFixed Orifice TubeThermal Expansion

l

3-Armed TankExpansion Tank

AccumulatorsAir VesselBladder

Flow SourcePressure SourceZero Flow Blank

Endl

Pipes & PassagesCylindricalRectangularPrismatic

Flowmaster

ValveVariable Orifice Valve

BladderVented Air VesselDiaphragmsWeirs

Pressure Vs Flow SourceJunctions

Y – JunctionsT J ti

HexagonalRotating Passage

可以根据工程不断扩展

Flowmaster的元件库开放程度比较高，用户可以用C或者Fortran语言编写适用户可以用C或者Fortran语言编写适用于自己系统的元件，并加入库中。

样 为 师 的提供 新这样就可以为工程师不断的提供最新、最方便、最全面的元件库。为工程应件库用带来极大的便利。

Flowmaster

Flowmaster在工程中应用的意义

快速的帮助工程师完成和优化系统的设计

减少生产成本，提高产品性能，缩减产品开发时间和试验次数开发时间和试验次数

将工程师从繁重的计算工作中解脱出来,专注于产品的设计与优化注于产品的设计与优化

Flowmaster

What Industries Use Fl t ?

航空，航天•燃油系统模拟

造船业 能源动力

Flowmaster?•燃油系统模拟•发动机热管理•环控系统•液压系统模拟

•长引线项目规划•管道及阀门尺寸规划•配水系统冷水系统

•冷却系统•水击 ，水锤模拟•泵启动或调节的影响探测安全使用极限

液压系统模拟•舱内供氧系统•电子设备的冷却•机翼防冰系统•卫星推进系统

•冷水系统•压载水系统•HVAC•发动机冷却/润滑系统

•探测安全使用极限•燃气透平•燃料供给装置•二次空气系统•卫星推进系统

•火箭的燃料系统•武器的发射系统

车辆工程

发动机冷却/润滑系统•燃油系统•武器系统•消防系统船对岸 加载 / 卸载

二次空气系统•润滑系统

工业过程车辆工程

•车辆的热管理•冷却系统设计•润滑系统的设计

•船对岸 加载 / 卸载 工业过程

•水，气，工艺过程•水击，水锤•压缩机站润滑系统的设计

•空气侧的分流•空气调节•燃料系统燃油喷射系统模拟

•压缩机站•泵站•消防系统•泵的跳闸

•燃油喷射系统模拟•可变的配气相位 VVT•排气系统模拟•燃料电磁冷却

泵的跳闸•设备停车及启动的研究•设备扩张及整修的研究

Flowmaster

燃料电磁冷却•底盘车系统

Flowmaster在工程设计领域的应用举例

喷油系统

发动机冷却系统

空调系统空调系统

尾气排放系统尾气排放系统

整船冷却系统

消防系统消防系统

Flowmaster

简范例一、喷油系统（应用简介）

使用现有的组件建立模型

模拟喷油系统的整个过程模拟喷油系统的整个过程

优化油轨压力

优化随时间变化的压力波动

优化设计最佳的油泵尺寸优化设计最佳的油泵尺寸

模拟整个系统中任意部件发生变化时的随时间变化的系统响应。时间变化的系统响应。

Flowmaster

简范例一、喷油系统（应用简介）

利用FLOWMASTER2的这些性能，工程师可以随心所欲地对复杂的喷油系统进行可以随心所欲地对复杂的喷油系统进行“what – if”仿真。

FLOWMASTER2 可以对标准的喷油系统进行FLOWMASTER2 可以对标准的喷油系统进行计算机仿真，许多美国和欧洲的主要汽车、造船公司使用该软件 如（GE BMW AUDI造船公司使用该软件，如（GE、BMW、AUDI等）。

Flowmaster

简范例一、喷油系统（模型简介）

弹簧顶弹簧顶针

的传送阀

喷喷

喷嘴腔

泵的壳体

喷嘴阀

喷射泵

孔

供油孔

回油孔

阀门

泵

喷入燃烧室凸轮推动活塞

Flowmaster

范例一、喷油系统（Flowmaster网络图）

4F u e l i n j e c t i o n s y s t e m

P

喷油系统

泵弯头

1 81 71 61 5

3 2 4 2 5

2 7 2 9

6 5

6 6 B e n d sP u m p

T a n k

泵弯头

Node 18

2 0

1 91 4

12 8

3 0

F i l t e r

R i l

T a n k

过滤器

油轨Node 20

Control of shaft

1 3

1 2 1 1 1 0 9

2 1 92 02 3

7 4 7 67 9 8 2 8 58 78 99 1

e n d s R a i l油轨

Component 91

8

7

6

5

4

3

2

17 3

7 57 7

7 8

8 0

8 1

8 3

8 4

8 68 89 09 2Node 2

91

喷油嘴

Flowmaster

7531喷油嘴

范例一、喷油系统（模型说明）

模型为一四缸四冲程的喷油系统；

油泵会根据发动机转速自动调整油泵会根据发动机转速自动调整；

模拟过程中，油路以及油轨内的流动损失用Fl 组件(DL)模拟用Flowmaster组件(DL)模拟；

喷油嘴用控制阀模拟

模拟的过程为发动机转速为5000rpm时，100ms内的系统流动情况内的系统流动情况（8.33round/0.1s）

Flowmaster

范例一、喷油系统（分析结果）

Node 18 : Pressure before filterNode 20 : Pressure after filter damping effects

4.9

4.8

Pres

4.7

essure <bar>

4 5

4.6

在喷油回路中，过滤器的减震效应

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10Time <s>

4.5

Flowmaster

在喷油回路中 滤 减 效应

范例一、喷油系统（分析结果）

Node 2 : Pressure v.Time [Injector exit pressure)Component 91 : Arm 1 : Flow Rate v.Time (Profile of fuel delivery to cylinder)

60.4

4r>

0.3

in-1

>

2Pre

ssur

e <b

a

0.1

0.2

ow R

ate

<L m

i

2

0.0

Flo

单次喷油过程分析

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10Time <s>

0-0.1

Flowmaster

单次喷油过程分析

范例二、冷却系统

提高系统稳定性、可靠性

整个冷却系统温度响应分析整个冷却系统温度响应分析

优化减小冷却水套的体积

模拟使用分级冷却模拟使用分级冷却

根据流量选择适当的水泵

优化柴油机的温度控制优化柴油机的温度控制

Flowmaster

范例二、冷却系统

Flowmaster

简范例二、冷却系统（模型简介）

An Example from DaimlerChrysler Corporation

Flowmaster

DaimlerChrysler Corporation

范例二、冷却系统（参数设定）

以整个冷却系统温度响应分析为例，在分析过程中需要输入以下参数：在分析过程中需要输入以下参数：

空气流率

环境温度环境温度

引擎的进口油温

泵的转速

孔隙直径孔隙直径

热负荷等

Flowmaster

范例二、冷却系统（分析目的）

根据不同输入参数的变化，分析根据不同输入参数的变化，分析得到顶部水箱（Top Tank）内的温度变化温度变化

Flowmaster

范例二、冷却系统（Flowmaster网络图）

Flowmaster

范例二、冷却系统（分析结果）

Flowmaster

范例二、冷却系统（分析结果）

Flowmaster

范例二、冷却系统（分析结果）

Flowmaster

范例二、冷却系统（分析结果）

优化目标：

Flowmaster

范例二、冷却系统（分析结果）

Flowmaster

范例三 Flowmaster在空调系统的应用

FM2通过一系列组件模拟压缩,蒸发,膨胀,冷凝这个制冷循环过程 计算出每个节点的压凝这个制冷循环过程,计算出每个节点的压力,温度以及每个支路的流量,工程师可以迅速的做出判断 进行设计以及优化速的做出判断,进行设计以及优化

Flowmaster

用于空调系统的组件

Fixed orifice Tube Thermal Expansion

Variable orifice Valve

AC EvaporatorExpansion Valve AC Accumulator

Receiver Drier

AC Discrete LossAC Compressor

AC Condenser

AC Compressor

AC Bend

AC GenericAC User CondenserAC pipe

Flowmaster AC User Evaporator

AC Boundary component

空调系统仿真网络图1空调系统仿真网络图1This system uses an FOT and an accumulator to meter the refrigerant flow and to cycle the compressor clutch to control

The pressure and flow sources are used to set the aircompressor clutch to control

evaporator temperature. used to set the air flow across the condenser and evaporator.

Flowmaster

Fixed Orifice Tube.

空调系统仿真网络图2空调系统仿真网络图2The Receiver-Drier ensures

This system uses a TXV to control the refrigerant flow to the evaporator, based on the amount of refrigerant

The Receiver-Drier ensures that the TXV receives sub-cooled refrigerant. It also removes any moisture and other contaminants from theamount of refrigerant

superheat at the evaporator outlet.

It also uses a Receiver-Drier.

other contaminants from the system.

AC Capillary Tube used to sense the superheat.

FlowmasterThermal Expansion Valve.

仿真结果分析仿真结果分析

空调制冷循环的4个过程空调制冷循环的4个过程:

1 压缩过程

2 冷凝过程

3 膨胀过程

4 蒸发过程

同时可以加入其他的组件使空调系统的仿真更有准确

Flowmaster

范例四、排气系统

确保合适可靠的背压

计算催化式排气净化器的预热时间计算催化式排气净化器的预热时间

评估排气系

统的结构统的结构

Flowmaster

FLOWMASTER2FLOWMASTER2FLOWMASTER2FLOWMASTER2Analysis vs. Test

Flowmaster

范例五 整船冷却水系统范例五 整船冷却水系统

冷却水系统由许多复杂分支及回路构成 ，是一个典型的管网问题是 个典型的管网问题

对每个支路流速，每个节点的压力进行计算分析算分析

对整个冷却系统进行评估，改进设计

Flowmaster

范例五、整船冷却系统（Flowmaster网络图）

Flowmaster

系统描述系统描述

冷却水经水泵增压后，流经绞盘系统、控制台、焊接设备、动力机组、空调冷凝器、陀螺仪、电焊接设备 动力机组 调冷凝器 陀螺仪 电子设备等

系统元件包括球阀、蝶阀、单向阀、圆管、弯头损失、模拟流经装置的流阻损失、三通、限流孔、冷却水泵等

Flowmaster

仿真结果仿真结果

Flowmaster

范例六 船用消防系统范例六 船用消防系统

设计目标：保证最不利点的压力

Flowmaster

范例六、整船冷却系统（Flowmaster网络图）

Flowmaster

系统描述系统描述

船用消防系统也是一个典型的管网系统，分支多 而且线路复杂 手工计算很难准分支多，而且线路复杂，手工计算很难准确计算。

使用的元件有管道 弯头 膨胀和收缩部使用的元件有管道、弯头、膨胀和收缩部分、Y型连接部分等。模型可以在不同的工况下进行分析 得到系统的压降 流量工况下进行分析，得到系统的压降、流量和其他参数

Flowmaster

在各个节点压力在各个节点压力

Flowmaster

谢谢谢谢

Flowmaster