chenqq基于fluent的磁流变液制动器改进研究专题研讨1.ppt

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1、基于fluent的磁流变液制动器改进研究时间：2012.06.23报告人：陈庆庆1.磁流变液简介2.fluent软件简介3.盘式磁流变液制动器改进4.实例验证5.结论及分析报告内容磁流变液（MagnetorheologicalFluids，MRF）是一种新型磁功能材料，主要由软磁性颗粒、基载液以及为了防止颗粒沉降而包覆在颗粒表面的添加剂组成。它在无外加磁场时，表现为流动良好的牛顿流体，但在外加磁场作用下，流体的流变特性发生巨大变化，其表观粘度可在10毫秒内增加几个数量级，并呈现类似固体的力学性质，且粘度变

2、化是连续可逆的，即一旦去掉磁场后，又变成可以流动的液体。1.磁流变液简介磁流变效应连续、可逆、迅速和易于控制的特点使得磁流变液传动系统在航空、航天、汽车工业、液压传动、生物技术、医疗等领域具有十分广泛的应用前景。磁流变器件的工作模式总体上采取三种基本的设计形式：流动模式(固定极板式、阀式)、剪切模式(离合器式)和挤压模式(压缩式)，如图1所示。当然，磁流变液装置也可以采用这三种基本模式的任意组合。图1磁流变器件的工作模式CFD商业软件Fluent，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的

3、复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而Fluent能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使Fluent在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。2.Fluent软件简介1.Fluent软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法；适用于定常/非定常流动模拟。2.Fluent软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格

4、、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。2.1Fluent优点简介3.Fluent软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型。1.前处理器GAMBIT——专用的CFD前置处理器，FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及

5、生成网格，是一具有超强组合建构模型能力之前处理器，然后由Fluent进行求解。工作界面如图2。2.2模块组成图2GAMBIT工作界面Fluent5.4——基于非结构化网格的通用CFD求解器，针对非结构性网格模型设计，是用有限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。可应用的范围有紊流、热传、化学反应、混合、旋转流（rotatingflow）及震波（shocks）等。2.2求解器Fluent求解器本身就附带有比较强大的后处理功能。另外，Tecplot也是一款比较专业的后处理器，可以把一些数据可视

6、化，这对于数据处理要求比较高的用户来说是一个理想的选择。工作界面如图3。2.3后处理器图3Tecplot工作界面3.1工作原理磁流变液制动装置引入磁流变液作为工作介质，利用磁流变液的屈服剪切应力来实现制动。在无需制动的情况下，无外加磁场，磁流变液表现为流动良好的牛顿流体；当需要制动时，加入磁场作用，磁流变液中的磁性粒子沿着磁力线方向成链状分布，这种链状结构使得磁流变液的屈服剪切应力显著增大，从而产生制动力矩。原理图如图4所示。3.基于fluent盘式磁流变液制动器改进图4传统磁流变液制动器原理图3.2存在

7、的缺憾在工作的过程中，磁流变液内摩擦、励磁线圈通电后的发热、电涡流发热、轴承和密封处的摩擦发热导致磁流变液的温度升高，从而致使其粘度降低、基础液蒸发、磁性颗粒沉淀等一系列问题，由于温升会对磁流变液性能造成很大的影响，必须对此加以控制。3.3结构改进研究人员对此也做了大量的改进。例如，DogruozMB等[9]通过在磁流变阻尼器外壳上加工肋片来提高阻尼器的散热性能。郑军等[10]利用整体针翅回转热管有效地对传动装置进行散热，都为解决传动装置的发热问题提供了一种手段。但是之前的研究者所述方法结构复杂，制造成本

8、较大，因此鉴于频繁制动间隙磁流变液表现为流动良好的牛顿流体，本文对该装置做了如下改进，在制动盘上开两个对称的圆孔，可使磁流变液间隙与外界互通，从磁流变液入口处以一定的速度或压力输入磁流变液，循环流动以便使磁流变液在外界冷却，从而保持间隙内磁流变液的温度稳定，使其处于最佳工作状态，结构示意图如图5所示。图5改进的磁流变液制动器结构示意图3.4优化设计流程磁流变液制动器参数优化设计主要是根据制动要求确定其结构参数和工作参数，其中制