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一种基于流固耦合数值计算的微灌压力调节器设计方法，按下列步骤设计： 步骤一，首先根据微灌压力调节器设计要求，采用CAD软件pro/e建立微灌压力调节器中流体区域参数化几何模型及固体区域的调节组件几何模型； 步骤二，然后将CAD模型导入CAE软件ADINA中，设定与实际工况相同的边界条件及求解控制参数后，进行流固耦合数值计算； 步骤三，根据流固耦合数值计算结果调整几何模型参数，直到计算结果与设计要求偏差在设计精度要求的10％之内，制作出快速成型实验件，进行调压性能实验； 步骤四，对比调压性能实验结果与设计要求，若实验结果与设计要求偏差在设计精度要求的10％之内，则完成设计，若不满足则修改模型； 其特征在于，具体设计步骤如下： 步骤1)几何模型建立 根据微灌压力调节器设计要求初步确定微灌压力调节器结构参数，即运用CAD软件分别建立微灌压力调节器流体区域参数化几何模型及固体区域的调节组件几何模型，并确保流体区域与固体区域的坐标一致； 步骤2)模型导入及离散 将流体区域参数化几何模型及固体区域的调节组件几何模型分别导入CAE计算软件ADINA中相应的流体与结构计算模块，并分别设置流体、调节组件的材料参数，流体为不可压缩粘性流体，密度1000kg/m<sup>3</sup>，动力粘度0.001Ns/m<sup>2</sup>，湍流模型选用K‑ω高雷诺数湍流模型；调节组件采用isotropic linear elastic material材料模型，根据所用材料确定几何模型参数，调节组件材料密度为2000kg/m<sup>3</sup>，泊松比μ为0.3,确定接触壁面模型采用接触 边界条件，在ADINA软件中进行几何离散，划分网格；流体模型采用4节点四面体网格单元离散；固体模型采用8节点六面体网格单元离散，接触壁面模型采用4节点面网格离散； 步骤3)边界条件设置 流体分析采用压力入口与出口条件，出口压力值为大气压力，相对压力值为0kPa；流体‑调节组件交界面为流固耦合边界；考虑结构场中接触分析的未知性，选择求解方法，入口处压力形式，采用迭代法与增量法相结合的瞬态求解方法；确定调节组件与壳体壁面接触面的边界条件、摩擦系数以及流固耦合边界； 步骤4)流固耦合数值计算 流固耦合采用迭代耦合分析方法，控制方程求解采用完全牛顿迭代方法，位移与压力收敛判据——相对残差小于1×10<sup>‑5</sup>，流体控制方程求解采用有限体积方法，格式选用二阶空间离散，时间积分采用二阶composite积分格式，求解采用simple算法，变量收敛判据——相对残差小于1×10<sup>‑5</sup>，固体分析采用隐式动力分析方法，有限元方法离散，完全牛顿迭代法计算，位移收敛判据——相对残差小于1×10<sup>‑5</sup>，接触分析采用constraint function算法； 步骤5)自适应网格重构与重启分析 调节组件在流体压力作用下发生轴向运动变形，从而造成流体几何形状的改变而引起流体网格畸变；流体网格发生畸变会影响计算收敛性，因此需要确定合适的计算步数,本文设置为50步，若不收敛，中止计算，进行流体域网格重构； 将中止计算前的结果作为初始条件施加到重构后的新网格模型上，返回步骤4)继续流固耦合数值计算，直到加载的入口压力值达到所需压力； 步骤6)后处理 计算完成后统计不同入口压力对应的出口压力，绘制进出口压力关系曲 线，并与设计要求进行对比： 若计算结果与设计要求偏差在设计精度要求的10％之内，则完成计算，进行步骤7)工作；否则返回步骤1),修改几何模型参数重新计算直至满足设计要求，并记录已完成计算的几何模型参数及计算结果，为修改几何模型参数提供依据； 步骤7)快速成型件制作 根据流固耦合计算所确定的微灌压力调节器结构参数，制作其快速成型实验件，并完成实验件组装； 步骤8)调压性能实验 将制成的实验件接入微灌压力调节器综合性能实验台，进行实验，并将实验结果与设计要求进行对比，确定是否完成微灌压力调节器快速定型设计。 |
