淺談計算機模擬技術論文

　　隨著計算機的不斷普及,人們的衣、食、住、行都與計算機網路息息相關。下面是小編為大家整理的計算機模擬技術論文，供大家參考。

　　計算機模擬技術論文範文一：化工中計算機模擬技術研究

　　摘要：目前，計算機逐漸被普及到生活生產各個方面，並逐漸被拓展至化工行業內應用，計算機模擬技術化工行業內應用範圍漸漸被擴大，某種特殊程度上促進化工行業可持續發展。本文由計算機模擬技術化工行業應用角度闡述該技術優勢，以及對其應用必要性，希望可以對相關工作者帶來一些啟示。

　　關鍵詞：計算機模擬技術;化工;應用

　　伴隨科學技術逐漸發展進步，化工行業設施裝置逐漸趨於大型化、複雜化發展，自動化水平逐漸提升，操作要求更加嚴格。需要相關操作人員與技術人員漸漸提升自身業務能力與水平，不單確保生產裝置能夠穩定安全與長期執行，還需要有關工作者對於發現事故做到儘快合理處理，爭取避免有所損失。在化工行業裡，傳統培訓體系偏向於師傅帶領徒弟傳幫帶形式，而有關工作人員對於故障處理的能力，通常要靠長時間實踐積累為主，還要具備資歷師傅將其所掌握的原封不動傳授給徒弟。該方式比較真實，但卻受到授培訓時間與週期限制，培訓內容缺少豐富性，某種程度上有可能增加相關工作者獨立上崗時間，不符合生產技術可持續發展與生產裝置更新所需。

　　1應用計算機模擬技術重要性

　　化工行業常需要針對部分具體工程裝置與工藝流程予以操作，才逐漸深入至崗位操作人員，然後通過培訓，培訓工作通常結合實物掛圖與微縮器具將知識傳授出去，傳授過程比較枯燥。實物掛圖與教具基於實用因素與經濟因素，並不選擇大尺寸，致使所有培訓工作人員詳細掌握相關操作與原理。結合3D技術繪製能夠讓裝置形象更趨於逼真化，可做任意旋轉，使培訓工作人員可實現全方位觀察工藝與裝置[1]。結合Flash技術製作裝置動畫有效代替掛圖，對裝置動態進行演示的時候更為生動形象，幫助相關人員針對裝置工作原理予以掌握，能夠很好帶動培訓人員熱情。並且，使用裝置較為方便，對使用要求可以很好滿足。

　　2基於計算機模擬技術化工資料模型

　　結合計算機做模擬模擬，是把化工過程數理帶入計算機當中，接下來經計算機把工藝過程進行模擬與反映。所有原理基於人為因素轉變，可以得到與之匹配反應過程與反應結果變化值。通常情況下它存在下述優勢。其一，友好人機互動介面。當前，諸多化工業模擬軟體設計規則都以微軟公司為基礎，使相關工作者能快速上手並投入相關操作中，讓相關人員感到輕鬆便捷，培養濃厚實驗興趣，並充分調動起工作積極性與能動性。其二，對工程裝備的效能反應較為真實[2]。要充分分析化工裝置反應過程，建立同它相互匹配模型，憑藉實驗把所有過程全權反映出來，對操作工人熟練快速掌握操作技能非常有利。我們在下述文章中列舉一個化工工業常會涉及到的一個模型，希望可以供相關操作人員參考。計算機模擬系統具有許多特點，如重複、複雜性和多個，20世紀50年代初，西方國家一直在計算機模擬系統的動態和靜態特性進行了研究，並取得了非常重要的影響。模擬系統對我國化工行業也進行了一系列的設計和研究，但也限於靜態研究範疇。

　　3針對電子數字方面的研究

　　基於計算機模擬系統的特點，可以把它看作是非線性的本質，及其相對高階的時候，分析方法和經典控制理論，計算機模擬在化工系統動態效能研究是非常困難的[3]。本文通過計算機在電子數字計算機系統微積分方程，計算，介紹了結合時域動態效能指標體系，這將最終調整方案出來。第一，系統是穩定的;第二，在數值計算時，系統的輸入值等於0.0123;第三，在排除干擾因素，把化學工作在正常狀態;第四，干擾因素考慮在內的情況下，各種干擾因素也作為單獨的個體來處理。本文通過預測校正格式，尤拉方法是迭代微分方程數值積分計算。

　　4計算機模擬系統的改進方案

　　當前，化工模擬系統應用範圍很廣，但由於化工裝置操作和較大的工藝流程不同，當前的模擬軟體，模擬機器，更好的培訓新員工無法滿足，因此，未來的新的模擬技術和模擬軟體的發展空間仍然是大[4]。未來，應該與自動控制理論相結合，適當參考校正環節能有效地改善系統動態效能的質量，使其有較高的穩定性和抗干擾能力。可以連線到氣體的輸入端模擬系統的微分和積分負反饋環節，最終會使動態效能大大提高，它相當於系列的介紹和連結。我們計算的結果可以看出，只要相應的引數選擇正確獲得超出預期的效果。微分和積分部分的結構可以被視為一種天然氣供應預感橋，放置在相同的速度管道溫度感測器已經變成一座橋兩個手臂，表達時間常數很小，時間常數相對較長。模擬系統的輸入結構的負面反饋連結到系統具有更好的動態效能。基於基本知識理論，修正的連結對系統控制精度的影響，通過計算結果我們可以看到，只要精心挑選的元件引數，達到理想的效果是指日可待。我們提倡這項計劃的最明顯的特徵是它簡單易操作，換句話說，只要其中一個感測器連線到導管，同時本文串並聯在同一橋臂上面的。連線到放大器的輸入和先進的網路，結合線性系統的自動控制原理做提前修正原則，與放大器的輸入電阻和電容組成先進的網路，可以很好的改善系統的動態品質。討論上述3種改進方案是基於先進的理論為基礎，由計算結果可以看到，他們所有的3種基本上可以改善系統的動態品質。第一種和第二種的系統還可以明顯改善方案來提高抗干擾能力。和改進專案的這些類是基於現有技術的前提下，沒有相對比較容易實現的障礙。當然，想把他們對實際系統的引用，還需要很長一段時間。

　　5結語

　　目前，計算機模擬技術生產與培訓方面應用比較多，所以，要著重強化對模擬軟體與模擬機器開發設計，計算機模擬技術進一步推廣，要對該項技術加速深化，讓它的應用範圍與效能得以提升。計算機模擬技術應用，促進高新技術更進一步發展，促進科學技術加速發展，同一時間為化工行業提供更為廣闊發展空間。未來可持續發展當中，化工行業把握計算機模擬技術應用措施，為企業贏得更多收益。

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　　計算機模擬技術論文範文二：汽車催化器設計中計算機模擬技術的應用

　　[摘要]

　　隨著汽車發動機及排放技術的發展，催化器的設計也對工程師提出了越來越高的要求，本文主要介紹了計算機模擬技術，特別是CAE和CFD技術在汽車催化轉化器設計中的應用。CAE以及CFD技術的應用，大幅縮短了汽車催化器設計的週期，且降低了設計成本，使催化器產品的可靠性得到顯著提升。相關的分析工作表明催化器支架設計前，應首先對整體結構的模態進行評價，根據振動形式的分佈來確定支架的佈置方向;流場的合理性對產品的效能產生重要影響，載體前端部分要儘量避免過小的轉彎半徑導致的紊流現象。

　　[關鍵詞]CAE;模態;剛度;衝壓工藝

　　1前言

　　近年來，隨著汽車產業的高速發展，汽車已經走進眾多的家庭，正逐步從奢侈品變為城市生活的必需品。汽車產業的發展帶給人們出行便捷的同時，也帶來了日益嚴重的環境問題，對人體健康造成了損害[1]。因此尾氣排放成為了評價整車效能的重要標準。國Ⅳ、國Ⅴ排放標準的制定和執行，愈發體現出了催化器對整車效能的重要性，隨著發動機技術的不斷髮展，對催化器的設計也提出了更高的要求，緊耦合式歧管、渦輪增壓技術都使催化器的結構朝著異形化的方向發展，催化轉化器在設計中不但要滿足高溫、強震動下的剛度要求，更要實現最優化的內部流場結構。

　　2模態分析對結構設計的影響

　　作為汽車發動機排氣系統的重要組成部分，催化器決定了汽車排放效能的優劣。隨著汽車排放標準的不斷提升，催化器的位置也越發靠近發動機熱端，目前常見的排放系統，常常將催化器佈置在發動機排氣歧管或是渦輪增壓器的出口位置，這也使得催化器處於高溫、強振的工作環境中。為了滿足排氣系統的使用壽命的要求，在催化器的設計階段，就必須考慮結構的強度、剛度和耐久效能，而這其中，催化器的模態對催化器的效能至關重要，目前的四缸發動機設計準則中，一般要求催化器在高溫下的一階模態達到210Hz[2]。

　　2.1邊界條件的設定

　　2.1.1溫度邊界條件催化器是一種典型的流固耦合模型，尾氣的高溫對催化器的效能有很大的影響，根據材料力學效能的試驗資料，800℃時的不鏽鋼材料效能大約只有常溫下材料效能的1/6，因此進行模態分析時必須要考慮溫度場帶來的影響。由於發生化學反應，使得載體區域壁面溫度較高，約為800~900℃，非載體區域的壁面溫度在400~500℃之間。

　　2.1.2材料屬性的定義在模態計算時，需要定義的材料屬性有彈性模量、泊松比以及材料的密度，這其中彈性模量隨溫度的升高會產生明顯的下降。通過實驗手段測得不鏽鋼材料彈性模量隨溫度的變化關係，根據實驗資料曲線擬合成二次多項式：將此公式作為模態分析時彈性模量的輸入。材料的密度隨溫度的變化並不明顯，因此按照常溫下的材料密度值進行設定，泊松比一般取在0.2~0.3之間。對於排氣管內的氣體，假設其為理想氣體，是單向的牛頓流體，在進行計算時，設定其可壓縮性對計算結果會產生明顯影響，馬赫數MH=V/a，V為當地速度，a為當地音速;當MH<0.3時，為不可壓縮，當MH≥0.7時肯定為可壓縮流體，如果用不可壓縮法計算，結果就會有明顯的差別[3]。

　　2.2計算結果

　　2.2.1初始設計結構在初始設計中，考慮到發動機安裝空間的情況，將催化器支架設計成為圖1中右側的結構，該支架與中間段軸線呈傾斜佈置，該方案的一階模態160Hz，沒有達到催化器的設計要求。而在後續的臺架試驗中，催化器的確在在中間段位置出現了多次斷裂。說明該設計方案的確不能滿足剛度要求。改進方法主要針對催化器支架進行，通過對支架的位置、走向進行優化及整體剛度的調整[4]。

　　2.2.2改進方案將支架設計成了對稱的“雙L”型結構，並且支架的佈置方向與中間段軸線垂直。該支架作用下的整體模態達到300Hz，滿足設計要求，並且支架沒有增加安裝孔位，便於裝配。該方案在臺架試驗中也取得了良好的效果，200小時振動耐久試驗以及250h熱衝擊試驗均達到了滿意的效果;另外，良好的裝配工藝性，也在後續的量產中收穫了不錯的效果，裝配效果更加穩定。

　　2.3模態計算與支架設計

　　通過多個類似催化器支架的設計，得到這樣的設計經驗：支架的走向對整體結構的模態有明顯的影響。產品振動的角度和中間段軸線基本垂直，這恰好與改進方案中的支架走向一致;而初始設計方案中的支架走向與催化器主體結構的振動方向存在一定的角度，從而影響了支架的效果，使剛度無法滿足要求。因此，我們在催化器支架的設計初期，首先要關注主體結構的振動形式，並根據振動的方向來設計支架走向，保證催化器支架能最大限度的提升整體結構的剛度。

　　3CFD分析對催化器流道設計的影響

　　催化轉化器的內部流場結構會對排氣效能產生很大影響，在設計時需要充分考慮流場對氣流走向、壓力損失、流速均勻、載體前端流場偏心等引數的影響。在早期的排氣系統設計中，設計師更多通過經驗來判斷流場的結構是否合理;而隨著CFD技術的不斷髮展，人們已經能通過計算機模擬來真實的模擬流場內部的氣流情況。圖2是某渦輪增壓發動機催化器的設計方案，由於裝車環境的限制，流場在前錐出現較大拐角。通過CFD分析，我們得到了圖2所示的流場分佈結果。能夠看出，流場在載體及後錐等部分氣流速度分佈規則、流場均勻，而在前錐位置，由於過大的拐角，導致氣流在拐彎後的錐形區域形成渦流。載體前部渦流會影響流入載體截面氣流的均勻性，影響催化轉化效果;另外，嚴重的渦流可能會加快襯墊的吹蝕，造成載體堵塞等嚴重失效。因此，我們對催化器前錐進行了優化，我們發現，氣流在拐彎後沒有足夠的直線管道來幫助氣流方向恢復穩定，因此優化時應該考慮在拐彎後增加適當的直線管路;另外，氣流在拐彎內側部分氣流速度最大，並在該處形成離心現象，導致後方氣流整體向下偏移，影響載體截面氣流的偏心率，所以增大拐彎半徑，降低氣流的離心現象，也會對整體氣流有優化作用;最後我們發現，過大的錐形區域也給渦流的產生提供的空間，設計時合理的減小該錐形空間，能夠減小渦流產生的規模，提高整體流場的穩定性。根據該思路，對催化器前端的結構進行了優化，綜合考慮各個因素後，將載體向後平移了15mm，這樣就為催化器前端創造了更大的空間，考慮到儘量減小錐形區域，因此設計成圖3所示相對扁平的錐體結構，再配合一根弧度更大的彎管，完成了優化後的方案。優化後的流場在催化器前端的流動更加平穩，由於彎管的弧度增大，氣流在拐彎前後的分佈更加均勻，錐形空間的減小也大大限制了渦流區域的影響，通過進一步計算，該方案氣流在載體截面的均勻度為0.98、偏心率為0.1，應該說流場的分佈情況滿足了設計要求。

　　4結論

　　1在催化器支架設計時，應充分考慮整體結構在發動機上的佈置形式、佈置方向及其隨發動機工作時的主要振動方向，催化器的主要振動方向是其剛度的薄弱方向;

　　2催化器支架設計前，應首先對整體結構的模態進行評價，通過CAE手段得到其整體結構在各階固有頻率主要是一階固有頻率下的振動形式，根據振動形式的分佈，來確定支架的佈置方向;

　　3流場的合理性對產品的效能產生重要影響，載體前端部分要儘量避免過小的轉彎半徑，小半徑彎管不但工藝實現比較複雜，對流場的均勻性也帶來不利影響;另外，在角度突變的區域應該避免出現較大錐形空間出現。

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