基于Fluent的水泵流動區(qū)域的CFD數(shù)值計算模型

1、CFD數(shù)值計算模型軟件平臺：PRO-E3.0理論上，水泵的進口到出口的流動區(qū)域就是我們的計算模型。一般，全流場算域分為5部分：1.葉輪進口段2.葉輪內流動域3.泵體前腔4.泵體后腔5.泵體（渦殼）6.出口段通常我們計算的時候運用流動域1、2、5、6,最簡化的為流動域2、5.計算模型可以運用PRO-E，UG，CATIA等三維造型軟件，具體的造型過程和步驟請點擊三維造型培訓，模型通常保存為STP和IGS文件格式.各流動域可以分別造型，然后進行裝配.簡單的模型可以運用FLUENT前處理軟件GAMBIT中進行.下圖為某型號紙漿泵，計算模型包括：1.葉輪進口段，2.葉輪內流動域，3.泵體前腔，4.泵體后

2、腔，5.泵體（渦殼） 某型號紙漿泵計算模型下圖為某型號低比速離心泵計算模型，包括：1.葉輪內流動域，2.泵體（渦殼）。模型作了簡化，沒有考慮腔體中的流動。某型號低比速離心泵計算模型下圖為某型號的循環(huán)泵全流場計算模型，包括所有的流動區(qū)域。某型號循環(huán)泵計算模型計算模型的造型是CFD工作中非常重要的一部分，由于造型可能影響到網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格生成質量，因此，科學合理的造型將達到事半功倍的效果。網(wǎng)格劃分軟件平臺：GAMBIT2.2.30。計算模型導入步驟File-Import,見下圖。  導入計算模型,輪廓圖見下圖。 a面合并界面 b網(wǎng)格分界面 c 網(wǎng)格質量檢查&#

3、160;模型處理好后,分別對流動區(qū)域進行網(wǎng)格劃分通常,葉輪和泵體的幾何現(xiàn)狀不規(guī)則，運用T-Grid類型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格間距根據(jù)模型大小和計算機性能配置進行設置，一般取1-10.在進行全流場計算時，您可以在口環(huán)、渦殼隔舌、壓力梯度大的區(qū)域進行局部加密，局部加密時，需要注意網(wǎng)格變化不能太劇烈。為了提高計算精度和粘性底層的影響，先畫好邊界層網(wǎng)格，再畫體網(wǎng)格。在FLUENT中，您可以根據(jù)計算的結果，用Adapt-Gradient對壓力梯度大的區(qū)域進行加密，如下圖所示。  在這個過程中，網(wǎng)格網(wǎng)格劃分可可能出現(xiàn)各種各樣ERROR，您需要耐心的尋找問題的根源，修改模型。網(wǎng)格檢查界面見上

4、圖。網(wǎng)格劃分在數(shù)值計算中約占到70%的工作量，也是對計算精度影響最大的因素之一，詳細的網(wǎng)格劃分技術請參考相關教程。邊界條件軟件平臺：GAMBIT2.2.30。邊界條件設置1.設置體的類型比如FLUID,SOLID.見下左側圖。水泵的流動域都為流體。故設置為FLUID。運用動靜參考系處理旋轉葉輪和靜止泵體的耦合問題。葉輪：設置為運動參考系泵體和其他流動域：設置為靜參考系 2.設置面的邊界條件(1)泵的進口一般來說定流量，計算揚程的時候，設置為速度進口。若根據(jù)揚程，計算流量，設置進口和出口的壓力，也就是說設置進口壓力條件和出口壓力條件。 (2)泵的出口通常使用的是 OUTFLO

5、W 和 PRESSURE OUTLET.  (3)葉輪表面設置為壁面wall. (4)泵體和其他靜止部件的壁面設置為壁面wall. (4)泵體和泵體耦合面若葉輪和泵體進行裝配的(具有兩個面),分別設置為INTERFACE.若葉輪的泵體的水體是一個體,可以用面SPLIT,生成一個面,默認為interior.           設置流動域流體屬性a設置流動域流體屬性b設置面邊界條件（一） c設置面邊界條件（二）設置面邊界條件（二） 文件保存與輸出網(wǎng)

6、格文件可以保存為DBS格式，該格式可以對模型做修改。導入FLUENT文件，請輸出mesh格式，見下圖所示。 FLUENT傻瓜操作軟件平臺：FLUENT6.2.16計算類型：三維定常葉輪渦殼耦合計算說明：沒有考慮泵腔中的流動和容積損失。 導入mesh格式網(wǎng)格文件File-Read-Case-選擇你要導入的文件 檢查check如下圖所示，觀測數(shù)據(jù)與您的模型是否一致，檢查是否有負體積存在，存在負體積的網(wǎng)格一般很難收斂。 面網(wǎng)格顯示   光順網(wǎng)格Grid-Check點擊Smooth和Swap，直到0 remaining iterat

7、ion 和 number faces swapped:0。  設置單位Grid-Scale，一般都轉換為mm 設定轉速單位Define-Unit 選擇湍流模型Define-Models-Viscous 若不考慮傳熱，不需要對能量方程進行設置，直接默認。對于不可壓流體，solver不需要設置，直接使用默認的隱式求解。Model項只需要對湍流模型進行設置，其他的全部默認。 設定流體屬性Define-Materials-Fluent Database  FLUENT的計算需要與工程實踐相結合，對于某種類型的模型需要積累成熟的網(wǎng)格劃分和邊界條

8、件設置經(jīng)驗。并不是說，對于單個泵計算誤差絕對小于95%。個人認為，對于水泵來說，目前很難做到這一點。設定邊界條件1.葉輪內流體運用動靜參考系解決運行葉輪和泵體間的動靜耦合問題。葉輪內流體設置為旋轉坐標系，設置轉速n,比如n=3500rpm,2900rpm等。運動方向運用右手法則判定。2.渦殼（泵體）內流體渦殼內流體設置為靜止。 3.葉輪進口一般來說，定流量，計算揚程的情況，進口采用速度進口。設置如下圖。 3.葉輪出口葉輪出口通常采用自由出流條件，存在明顯回流影響收斂的情況下，一般采用壓力出口。 3.葉片表面設置為wall，相對于葉輪為靜止?？梢栽O置表明粗糙度。&#

9、160; 交接面設置Define-Grid interface  松弛因子設置Solve-Control-Solution一般來說，采用默認值。若難收斂，或者收斂不理想，可以把松弛因子調小。一般采用一階計算收斂后，再調整為二階計算，這樣收斂相對理想一些。 殘差監(jiān)控Solve-Monitors-Residual設置收斂精度，一般設置為1e-06.為了準確判定收斂，對于定場計算，給定速度進口時，監(jiān)控進口和出口總壓，當進口和出口總壓恒定時，認為已經(jīng)收斂。如果進出口設置得為壓力邊界條件，監(jiān)控流量，當進口和出口流量恒定時，認為已經(jīng)收斂。 初始化采用進口速度值，進行

10、初始化。Solve-Initialize-Initialize 迭代設置Solve-Iterate殘差圖 網(wǎng)格劃分界面創(chuàng)建ISO面Surface-Iso-surface創(chuàng)建中截面，或者其他您需要后處理的面。 壓力云圖Display-Counters 選擇Pressure-Static Pressure  湍動能云圖Display-Counters 選擇Turbulence.-Turbulence Kinetic Energy  速度顯示1.葉輪內相對速度Display-Vectors-Relative Velocity  2.渦殼（泵體）內速度Display-Vectors-Velocity 性能預測1.報告進出口壓力Report-Surface Integrals-Area-Weight Average  2.報告葉輪作用力矩Report-Force-Moment外特性計算1.在FLUENT中，流場中某一點的總壓定義為使用FLUENT中面積分的功能，求出泵進口和出口的總壓。利用伯努利方程，預測出泵的揚程。  2.揚程計算公式 3.葉片消耗功率使用FLUENT中力矩報告功能，求出葉輪對旋轉軸z的力矩，則數(shù)值計算中的葉輪輸入功率為  4.水力效率&