二維離心泵流動(dòng)模擬上機(jī)指導(dǎo)書(shū)(fluent)(共15頁(yè))

1、 二維離心泵的數(shù)值(shz)模擬(mn)與性能預(yù)測(cè)一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的熟悉和掌握CFD數(shù)值模擬的基本方法，能夠獨(dú)立進(jìn)行簡(jiǎn)單二維水力模型的CFD數(shù)值模擬。二、研究對(duì)象研究如圖所示的二維離心泵，該泵由旋轉(zhuǎn)的葉輪和靜止的蝸殼兩部分構(gòu)成。流體從葉輪中央的圓形進(jìn)口沿徑向均勻進(jìn)入葉輪，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉片作用后，得到能量，從蝸殼出口排出。已知葉輪的葉片數(shù)為6，葉輪進(jìn)、出口直徑分別為120mm和220mm，葉片進(jìn)口安放角（葉片與圓周方向夾角）和出口安放角分別為和，葉片厚度為3mm。蝸殼隔舌角 （葉輪中心至蝸殼螺旋線起點(diǎn)的連線與水平夾角）為 ，出口段擴(kuò)散角為。 圖表 SEQ 圖表 * ARABIC 1 二維離心

2、泵示意圖 圖表 SEQ 圖表 * ARABIC 2 UG NX所繪二維離心泵三、計(jì)算步驟1、 利用 Gambit 對(duì)計(jì)算區(qū)域離散化和指定邊界條件類型 步驟 1：導(dǎo)入幾何模型 生成幾何模型的方式有許多種，如Autocad，Pro/E，UG NX等，Gambit也自帶簡(jiǎn)單的繪圖功能，在這里UG NX繪圖。如下圖，我們將會(huì)給出繪圖文件。在UG NX繪完圖后，需將結(jié)果(ji gu)導(dǎo)出以便Gambit使用，這里導(dǎo)出為Parasolid，生成后綴名為x_t的文件。主要(zhyo)內(nèi)容：在Gambit中選擇File/Import/Parasolid命令，選取(xunq)先前生成的文件11.x_t，則二維離

3、心泵模型被裝入到Gambit。結(jié)果如圖：圖表 SEQ 圖表 * ARABIC 3 導(dǎo)入到Gambit的二維離心泵幾何模型步驟 2：網(wǎng)格劃分 為了對(duì)幾何區(qū)域劃分網(wǎng)格，單擊Operation / Mesh / Face / Mesh Face按鈕，彈出如圖所示的Mesh Faces對(duì)話框。在Faces列表框中選取蝸殼區(qū)域，在Elements列表框中選擇Tri(三角形單元)，在Type列表框中選拌Pave(非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格)，選中Scheme命令組中的Apply復(fù)選框，然后，從Spacing區(qū)域的列表框中選擇Interval Size(指定網(wǎng)格間隔)，在文本框中輸入10，選中該區(qū)域中的Apply復(fù)選框，最

4、后選中Options區(qū)域中的Mesh復(fù)選框，單擊Apply按鈕，則生成蝸殼內(nèi)流體區(qū)域的網(wǎng)格。圖表(tbio) SEQ 圖表(tbio) * ARABIC 4 Mesh Faces對(duì)話框重復(fù)上述命令，從Faces列表框中選取葉輪區(qū)域，在Spacing文木框(m kun)中輸入“8，則可生成轉(zhuǎn)輪內(nèi)流體區(qū)域網(wǎng)格。離心泵的網(wǎng)格結(jié)果如圖所示。圖表 SEQ 圖表 * ARABIC 5 二維離心泵網(wǎng)格步驟(bzhu) 3：邊界條件類型(lixng)的指定 （1）指定邊界(binji)類型單擊 Operation / Zones / Specify Boundary Types按鈕，彈出 Specify Bo

5、undary Types對(duì)話框在對(duì)話框中，進(jìn)行如下操作：將Type欄選為Velocity_inlet，在Entity欄選取Edges， 并選中葉輪進(jìn)口圓作進(jìn)口邊界。將Type欄選為Outflow，在 Entity欄選取Edges，并選中渦殼出口邊作為出口邊界。將Type欄選為Wall，在Entity欄選取Edges，并選中組成6個(gè)葉片的所有邊作為壁面邊界1.將Type欄選為Wall，在Entity欄選取Edges，并選中葉輪出口作為壁面邊界2(該壁面將在FLUENT的邊界條件的指定中改為 interior 類型）。將Type欄選為Wall，在Entity欄選取Edges，并選中除出口邊外的組成

6、渦殼的所有邊，作為壁面邊界3。 圖表(tbio) SEQ 圖表(tbio) * ARABIC 6 Specify Boundary Types對(duì)話框 圖表(tbio) SEQ 圖表 * ARABIC 7 Specify Continuum Types對(duì)話框（2）設(shè)定區(qū)域類型單擊 Operation/Zones/Specify Continuum Types 按鈕。彈出 Specify Continuum Types對(duì)話框，該對(duì)話框用于指定區(qū)域類。在Type欄選擇FLUID，在Entity欄選擇 Faces，并選中代表葉輪流體的面作為流動(dòng)區(qū)域1。在確認(rèn)對(duì)話框域上方的Add 復(fù)選框選中的前提下，單

7、擊Apply按鈕。在 Type欄選擇FLUID，在Entity欄選擇 Faces，并選中代表渦殼流體的面作為流動(dòng)區(qū)域2。最后，選擇File / Export / Mesh命令，給定文件名（如11.msh），并選中Export 2D Mesh復(fù)選框，可將上述網(wǎng)格存盤(pán)。2. 利用(lyng)Fluent 求解(qi ji)器進(jìn)行求解 步驟(bzhu) 1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示等 選擇FileReadCase將網(wǎng)格導(dǎo)入，選擇DisplayGrid，顯示網(wǎng)格，如圖：圖表 SEQ 圖表 * ARABIC 8 Fluent中的網(wǎng)格顯示選擇FileCheck對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行檢查，這里要注意最小的網(wǎng)格體積

8、（minimum volume）值一定要大于0。 網(wǎng)格按比例縮放。在GAMBIT中，生成網(wǎng)格使用的單位是mm，在FLUENT中默認(rèn)單位是m，需要縮放。為此，選擇Grid / Scale命令，在彈出的Scale Grid對(duì)話框中，在Grid Was Created In 下拉菜單中，選取mm，然后單擊Scale按鈕。選擇角速度單位(dnwi)。這主要是為了后續(xù)定義轉(zhuǎn)動(dòng)參考系作準(zhǔn)備。為此，選擇Define/units命令，在打開(kāi)的Set Units對(duì)話框的Quantities下拉列表中選擇(xunz)angular-velocity，在Units下拉列表(li bio)中選擇rpm。步驟 2：選擇

9、計(jì)算模型 按下述過(guò)程選擇求解器的格式與計(jì)算模型，并設(shè)置運(yùn)行環(huán)境: (1)選擇求解器。選擇Define/Models/Solver命令，彈出圖所示的Solver對(duì)話框。在Salver選項(xiàng)組中選擇Segregated（分離式求解器），在Space選項(xiàng)組中選擇2D（二維問(wèn)題），在Time選項(xiàng)組中選擇Steady（穩(wěn)態(tài)流動(dòng)），其他用默認(rèn)值。 (2)設(shè)置運(yùn)行(ynxng)環(huán)境。選擇Define/Operating Conditions命令(mng lng)，彈出圖7.G所示的Operating Conditions對(duì)話框。保持FLUENT默認(rèn)的參考(cnko)壓力值（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）和零參考?jí)毫Φ奈恢茫?/p>

10、選中Gravity復(fù)選框，表示計(jì)及秉力，并在Y一欄輸入“-9.81 。 (4)設(shè)置(shzh)湍流模型。選擇Define/Models/Viscous命令，彈出Viscous Model對(duì)話框，如圖所示。保留圖所示的默認(rèn)設(shè)置，即表示選擇(xunz)標(biāo)準(zhǔn)k-模型(mxng)，模型的系數(shù)均用默認(rèn)值。步驟 3：定義物理性質(zhì)本例中流動(dòng)介質(zhì)為水，F(xiàn)LUENT材料數(shù)據(jù)庫(kù)中已包含water liquid這一介質(zhì)，因此，直接復(fù)制即可。為此，選擇Define/Materials命令，彈出Materials對(duì)話框，單擊Database按鈕，打開(kāi) FLUENT材料數(shù)據(jù)庫(kù)，在新對(duì)話框的Fluid Materials下

11、拉列表中選擇wafer-1iquid，單擊Copy按鈕。單擊Close按鈕關(guān)閉Materials對(duì)話樞。步驟 4：設(shè)置邊界條件 拉下述過(guò)程設(shè)置邊界條件：（1）將兩個(gè)流體區(qū)域的交界面從wall改為interior類型。 FLUENT將彈出一個(gè)提示框，點(diǎn)擊Yes按鈕，F(xiàn)LUENT會(huì)自動(dòng)將wall面和其shadow面合并為interior類型。（2）內(nèi)部區(qū)域定義轉(zhuǎn)動(dòng)參考系。為此，選擇Define/ Boundary Conditions命令，打開(kāi)Boundary Conditions對(duì)話框，然后按下述過(guò)程操作：在Material Name下拉列表中，選擇Water-liquid，保持Rotation

12、-Axis origin的默認(rèn)值(0,0),該點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)區(qū)域圓形邊界的曲率中心。在Motion Type下拉列表中，選擇Moving Reference Frame，下拉滾動(dòng)條，將Rotational Velocity設(shè)為-1470rprn。單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。 (3)按類似(li s)辦法，為另一個(gè)(y )Fluid區(qū)域（外部(wib)的）選擇流動(dòng)介質(zhì)為Water-liquid，其他參數(shù)使用默認(rèn)值。注意該區(qū)域不是轉(zhuǎn)動(dòng)參考系。 (4)設(shè)置進(jìn)口邊界。將進(jìn)日Inlet設(shè)為velocity-inlet(速度進(jìn)口邊界條件)，在Velocity Inlet 對(duì)話框的Velocity Magnitude

13、文本框中輸入“2.2” m/s（取自已知條件)。 (5)設(shè)置出口邊界。將出口Outlet設(shè)為Outflow(出流邊界條件)，參數(shù)使用默認(rèn)值。 (6)定義代表葉片的壁血區(qū)域相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)流體區(qū)域的轉(zhuǎn)動(dòng)速度（注意內(nèi)部流體區(qū)域被指定為轉(zhuǎn)動(dòng)參考系）。為此，按下述過(guò)程進(jìn)行：在Boundary Conditions對(duì)話框中單擊wall_1然后單擊Set按鈕，啟動(dòng)Wall對(duì)話框。在Momenturn選項(xiàng)中，選中Moving Wall。展開(kāi)后的對(duì)話框?qū)@示運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在Motion選項(xiàng)組中，選擇Relative to Adjacent Cell done和Rotational o將速度(sd)(相對(duì)值)Speed設(shè)

14、為0 rad/s，即葉片壁而相對(duì)(xingdu)于fluid轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域的速度為完成后，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的原點(diǎn)(Rotation-Axis origin)將位于(wiy)(0，0)，這樣，葉片將隨周圍流體起同速轉(zhuǎn)動(dòng)。步驟 5：求解設(shè)置 過(guò)程如下:選擇求解控制參數(shù)。選擇Solve / Controls/Solution命令，彈出Solution Controls對(duì)話框。在Discretization選項(xiàng)組中，對(duì)速度與速度與壓力禍合方式，選擇SIMPLEC，對(duì)Momentum(動(dòng)量). Turbulence Kinetic Energy(湍動(dòng)能)和Turbulence Dissipation Rate(耗散率)

15、，均選擇Second order Upwind（二階迎風(fēng)各式），其余用默認(rèn)值。（2）啟動(dòng)繪制(huzh)殘差功能。選擇Solve/Monitors/Residual命令(mng lng)，彈出residual Monitors對(duì)話框。在options選項(xiàng)組中，選中Plot復(fù)選框，其余(qy)用默認(rèn)值。（3）用進(jìn)口的流動(dòng)初始條件初始化整個(gè)流場(chǎng)的解。選擇Solve/Initialize/Initialize命令，彈出Solution Initialization對(duì)話框。在Compute From下拉中選擇inlet，在Reference Frame組合框中，選擇Absolute。(4)保存設(shè)置文件。選擇File/Write/base命令，將當(dāng)前設(shè)置保存到案例文件。(5)啟動(dòng)迭代計(jì)算。選擇Solve/ Iterate命令，彈出Iterate對(duì)話框，設(shè)置迭代次數(shù)為400，其余用默認(rèn)值。單擊Iterate，迭代開(kāi)始。步驟 6：保存結(jié)果 選擇FileWriteCase & Data，保存所有的設(shè)置和所有的數(shù)據(jù)。七、結(jié)果處理 (1)顯示壓力等值線。通過(guò)Display: Contours命令，打開(kāi)Contours對(duì)話框如下：顯示(xinsh)速度矢量圖。通過(guò)(tnggu)Display:Vectors 命令(mng lng)，顯示湍流