Operação mais suave de engrenagem com injeção de fluido SPH
- Alvaro Filho
- 19 de ago.
- 4 min de leitura
Lubrificação mais suave com injeção de óleo
A injeção de óleo apresenta diversas vantagens em relação à lubrificação tradicional por banho de óleo em caixas de engrenagens. Essa técnica permite uma redução significativa no consumo de óleo, ao mesmo tempo em que proporciona maior precisão comparada ao banho de óleo. O processo possibilita um controle preciso sobre o fornecimento de lubrificante, garantindo a lubrificação ideal em pontos críticos. A aplicação localizada do óleo contribui para minimizar o desperdício, resultando em menor consumo geral.
No entanto, a lubrificação por injeção exige um maior nível de conhecimento do padrão de fluxo e da dinâmica do sistema. Além disso, geralmente exige um investimento inicial mais alto em comparação com os sistemas de banho de óleo. Portanto, insights detalhados de engenharia na fase inicial do projeto de uma caixa de engrenagens são essenciais para a obtenção do posicionamento ideal dos injetores e das estratégias de injeção.
Uma ferramenta viável para lidar com esse desafio no início do projeto de um sistema de lubrificação de caixa de engrenagens é a hidrodinâmica de partículas suavizadas (SPH).
Mudança de marchas com injeção de fluido SPH
Desde a versão 2402, o Simcenter STAR-CCM+ passou a incorporar a tecnologia SPH em um ambiente CFD integrado. Em versões anteriores, o solver de Hidrodinâmica de Partículas Suavizadas (SPH) já permitia simulações de lubrificação do trem de força em configurações de banho de óleo.
Com a versão 2406, a funcionalidade foi ampliada para cobrir cenários de injeção, por meio da inclusão de entradas específicas para SPH. Com isso é possível simular a injeção de óleo com imposição de velocidade ou fluxo de massa, além de definir distribuições constantes ou com variação temporal, como no processo de partida do sistema de lubrificação.
Dessa forma, torna-se viável visualizar o comportamento do lubrificante no interior da caixa de engrenagens com SPH e condições de contorno de entrada. Isso contribui para validar a direção do óleo nos elementos da engrenagem, assegurando eficiência e confiabilidade na lubrificação.
Mantenha-se integrado com o poder do Simcenter STAR-CCM+ como plataforma
Graças à integração do SPH com a plataforma Multiphysics, você pode aproveitar o conjunto completo de recursos de análise quantitativa de dados do Simcenter STAR-CCM+ em conjunto com a hidrodinâmica de partículas suavizadas. Para caixas de engrenagens, você pode, por exemplo, monitorar perdas por agitação observando as forças e a evolução do torque ao longo da simulação.
O relatório e o gráfico do torque não dependem da resolução da malha de superfície. Mesmo que você tenha uma representação grosseira da malha de superfície das suas geometrias, isso não afetará mais a precisão da evolução do torque. Isso garante resultados precisos, independentemente dos detalhes da malha de superfície.
Mais aplicações com injetores rotativos
No exemplo acima, você viu uma injeção de fluido SPH estática. Entradas estáticas são comumente usadas quando o fluxo que entra no domínio não é influenciado pela rotação. Com o Simcenter STAR-CCM+, também é possível configurar uma condição de contorno rotativa. Em sistemas de lubrificação por injeção, injetores rotativos são comumente usados para fornecer o lubrificante a óleo para peças móveis, como engrenagens ou rolamentos. A condição de entrada rotativa garante que o fluxo de lubrificante entre no domínio com o movimento rotacional desejado. A modelagem adequada desse comportamento é crucial para simulações precisas do desempenho da lubrificação do trem de força.
Nesta animação, apresenta-se um sistema simplificado de lubrificação em máquinas eletrônicas. O uso do SPH para esta aplicação permite monitorar facilmente para onde o óleo lubrificante vai com um fluxo de trabalho simples, em comparação com modelos de volume finito.
Outras aplicações também são possíveis graças à adição de condições de contorno de entrada. Você pode começar a modelar aplicações de escoamento de água ou vazamento de óleo em veículos, observando onde o líquido (água ou óleo) entra no veículo. Você pode observar como o líquido se espalha por diferentes partes do veículo, onde se acumula e interage com outros componentes.
Precisa de fazer malha?
Essa questão permanece relevante desde a introdução do SPH: criar ou não criar malha. Assim como em versões anteriores, o SPH apresenta vantagens distintas para aplicações específicas. Simulações CFD tradicionais frequentemente requerem preparação do CAD e geração de malha volumétrica, o que pode ser demorado para sistemas como caixas de engrenagens. O SPH elimina essa etapa ao operar diretamente com partículas, proporcionando uma experiência mais fluida. A combinação de fluxos de trabalho intuitivos, integração com CAD e robustez no manuseio de movimentos destaca o SPH no Simcenter STAR-CCM+.
Além disso, uma caixa de engrenagens industrial pode ser simulada com SPH em cerca de 12 minutos. Assim, para triagens iniciais de projeto, o método SPH é ideal para ser usado com o Design Manager para exploração de projeto, eliminando projetos de baixo desempenho de forma rápida e fácil. Se o seu objetivo é visualizar a distribuição de óleo dentro da caixa de engrenagens e monitorar as perdas por agitação, o SPH é o melhor candidato para esta aplicação.
Entretanto, se o ar afetar significativamente o óleo, ou se você precisar modelar entradas de pulverização ou observar a transferência de calor, ou se precisar modelar a névoa (mistura de gás e líquido) ou modelar a mudança de fase ou eletromagnetismo ou outra física complexa, é recomendado usar modelos multifásicos de volume finito, que são mais adequados para maior precisão.
Os métodos SPH e de volumes finitos se complementam e sempre dependem do escopo de suas aplicações e do nível de fidelidade necessário para fazer a escolha adequada do modelo a ser usado.
Modelagem de tensão superficial para SPH
O modelo de tensão superficial tem como objetivo aumentar a precisão nas simulações de escoamentos livres altamente dinâmicos. Essa funcionalidade permite representar o comportamento de gotículas e a interação com superfícies. Pode-se definir ângulos de contato para cada contorno sólido, possibilitando simulações de superfícies hidrofílicas ou hidrofóbicas.
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