ANSYS教學(xué)算例集FL 羅茨泵流動仿真分析課件

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30,2023 ANSYS

Confidential羅茨泵流動仿真分析摘要本算例將使用ANSYS

Fluent

19.0軟件，對羅茨泵內(nèi)流場進行仿真模擬，文檔內(nèi)包含詳細(xì)的網(wǎng)格導(dǎo)入、模型選擇、材料物性、邊界條件、求解參數(shù)、后處理的設(shè)置。通過Fluent動網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)容積式旋轉(zhuǎn)機械的運動仿真計算。ANSYS

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30,2023案例描述本算例仿真的羅茨泵由兩個凸輪和一個腔室組成。羅茨轉(zhuǎn)子以600RPM的速度繞著各自的軸心以互相相反的方向轉(zhuǎn)動。流入進口的液體被兩齒捕獲，逐漸被擠壓至出口段，最終從出口排出。ANSYS

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30,2023操作步驟3.1.導(dǎo)入case設(shè)置與結(jié)果查看3.1.1.創(chuàng)建工作目錄并啟動Fluent在硬盤上創(chuàng)建英文名稱的文件夾（例如LobePump），將網(wǎng)格文件lobe-pump.msh.gz，待編譯C文件lobe-rotation.c拷貝至該目錄下。啟動Fluent

19.0，在Fluent

Launcher中，Dimension選擇3D，Options中勾選Double

Precision，Display

Options中勾選

Display

Mesh

After

Reading和Workbench

Color

Scheme，Processing

Options選擇Parallel，設(shè)置使用雙核計算（用戶可以根據(jù)現(xiàn)有的硬件資源和License授權(quán)酌情選擇合適的并行數(shù)），更改Working

Directory路徑至該網(wǎng)格文件目錄下，點擊OK啟動

Fluent19.0。ANSYS

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30,2023操作步驟3.2.導(dǎo)入網(wǎng)格文件菜單中點擊【File】>【Read】>【Mesh…】，選取網(wǎng)格文件lobe-pump.msh.gz，點擊OK導(dǎo)入網(wǎng)格。此時，圖形界面中可以查看導(dǎo)入的網(wǎng)格。ANSYS

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30,2023操作步驟General一般設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【General】，進行網(wǎng)格相關(guān)的操作以及選擇求解器。長度單位顯示樹中點擊【Setup】>【General】>【Mesh】>【Scale…】，View

Length

Unit

In選擇

m，以米為單位查看當(dāng)前模型的尺寸范圍是否正確。ANSYS

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30,2023操作步驟3.3.2.合并進出口流體域菜單欄中【SettingUpDomain】>【Zones】>【Combine】>【Merge…】，在彈出的窗口中選擇Multiple

Types下的fluid，在Zones

of

Type下選擇fluid-inlet和fluid-outlet，點擊Merge按鈕。ANSYS

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30,2023操作步驟樹中選擇【Setup】>【CellZoneConditions】>fluid-inlet，雙擊fluid-inlet，在彈出的窗口中改Zone

Name為fluid-inlet-outlet。點擊OK確認(rèn)設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟3.3.3.合并進出口交界面菜單欄中【SettingUpDomain】>【Zones】>【Combine】>【Merge…】，在彈出的窗口中選擇Multiple

Types下的interface，在Zones

of

Type下選擇intf-inlet和intf-outlet，點擊Merge按鈕。樹中選擇【Setup】>【BoundaryConditions】>intf-inlet，雙擊intf-inlet，在彈出的窗口中改Zone

Name為intf-inlet-outlet。點擊OK確認(rèn)設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟3.3.4.瞬態(tài)求解設(shè)置在【Setup】>【General】>【Solver】下選擇Time為Transient，以瞬態(tài)模式求解。ANSYS

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30,2023操作步驟3.4.Models模型設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Models】，進行物理模型設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟ANSYS

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30,20233.4.1.湍流模型設(shè)置樹中【Setup】>【Models】>【Viscous】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Viscous，Model中選擇k-epsilon，k-epsilon

Model中選擇Realizable，其余設(shè)置為默認(rèn)，點擊OK完成設(shè)置。操作步驟ANSYS

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30,20233.5.Materials材料設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Materials】，進行材料物性設(shè)置。在Materials的Task

Page中選中Fluid下的air，點擊Create/Edit…，在彈出的

Create/EditMaterials窗口中，點擊窗口中FluentDatabase…選項，在彈出的對話框中FluentFluidMaterials下選中water-liquid，點擊Copy將水的屬性參數(shù)復(fù)制到材料庫中。點擊Close退出材料屬性庫選項框。操作步驟3.6.CellZone

Conditions設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【CellZoneConditions】，進行體網(wǎng)格區(qū)域條件的設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟3.6.1.操作工況設(shè)置在Cell

Zone

Conditions的Task

Page中點擊Operating

Conditions…，確認(rèn)設(shè)置

OperatingPressure(pascal)為101325。在ReferencePressureLocation下設(shè)置XYZ值為0,0,0。點擊OK退出Operating

Conditions設(shè)置對話框。ANSYS

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30,2023操作步驟3.6.2.流域設(shè)置在Cell

Zone

Conditions的Task

Page中選中fluid-core，點擊【Edit…】，在彈出的

Fluid窗口中，MaterialName修改為water-liquid，其余設(shè)置均為默認(rèn)值。點擊OK關(guān)閉對話框?；氐紺ell

Zone

Conditions的Task

Page中，選擇Copy…，在彈出的對話窗口中FromCell

Zone下選擇fluid-core，在To

Cell

Zones下選擇fluid-inlet-outlet，點擊Copy。ANSYS

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30,2023操作步驟3.1.Boundary

Conditions設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【BoundaryConditions】，進行邊界條件的設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟3.1.1.進口邊界條件設(shè)置在Boundary

Conditions的Task

Page中，鼠標(biāo)左鍵單擊選中pressure_inlet，選擇

Type下拉菜單為pressure-inlet，彈出Pressure

Inlet窗口，設(shè)置Reference

Frame為Absolute，設(shè)置Gauge

Total

Pressure(pascal)為0。在Turbulence選項下的

Specification

Method為Intensity

and

Hydraulic

Diameter，Turbulence

Intensity設(shè)置為5%，Hydraulic

Diameter設(shè)置為0.05m。ANSYS

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30,2023操作步驟ANSYS

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30,20233.1.2.出口邊界條件設(shè)置在Boundary

Conditions的Task

Page中，鼠標(biāo)左鍵單擊選中pressure_outlet，確認(rèn)其

Type是pressure-outlet，如果不是，從Type的下拉菜單中切換選擇。點擊【Edit…】，彈出Pressure

Outlet窗口。在Momentum選項卡中設(shè)置Gauge

Pressure(pascal)為20000，Backflow

DirectionSpecification

Method為Normal

to

Boundary。在Turbulence選項下的

Specification

Method為Intensity

and

Hydraulic

Diameter，Turbulence

Intensity設(shè)置為5%，Hydraulic

Diameter設(shè)置為0.05m。操作步驟3.1.3.交界面設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Mesh

Interfaces】，進入MeshInterfaces窗口，點擊Manual

Create…進入交界面手動設(shè)置界面。在Create/EditMesh

Interfaces下的Mesh

Interface中填入intf，選擇Interface

Zones

Side

1下的

intf-housing，選擇InterfaceZonesSide2下的intf-inlet-outlet，點擊Create/Edit…創(chuàng)建交界面（進出口域與轉(zhuǎn)子腔室交界面）。ANSYS

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30,2023操作步驟ANSYS

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30,20233.2.動網(wǎng)格設(shè)置3.2.1.UDF編譯菜單欄中選擇【User-Defined】>【User-Defined】>【Functions】>【

Complied…】，打開CompiledUDFs窗口。在SourceFiles中點擊Add…按鈕，選擇lobe-rotation.c文件，點擊OK確認(rèn)。保持LibraryName為默認(rèn)，點擊Build按鈕進行編譯。若編譯成功，在Console中會有成功編譯的提示。當(dāng)成功編譯后點擊面板中的Load按鈕，將編譯完的文件加載進Fluent中。同樣，若成功加載，可以在

Console中看到加載成功的信息。操作步驟ANSYS

Confidential22?

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30,20233.2.2.動網(wǎng)格設(shè)置1.樹中【Setup】>【Dynamic

Mesh】，雙擊Dynamic

Mesh。在Task

Page中勾選

Dynamic

Mesh。勾選Mesh

Methods下的Smoothing和Remeshing，點擊

Settings…按鈕。在彈出的Mesh

Method

Settings中Smoothing標(biāo)簽欄下選擇

Method為Spring/Laplace/Boundary

Layer，在Parameters中設(shè)置Laplace

NodeRelaxation為0.75，其余為默認(rèn)值。操作步驟切換至Remeshing標(biāo)簽欄下，在Remeshing

Methods下勾選2.5D，在SizingFunction下勾選On選項，在Parameters下設(shè)置Size

Remeshing

Interval為10。點擊

OK確定設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟ANSYS

Confidential24?

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30,20232.回到Task

Page中在Dynamic

Mesh

Zones下點擊Create/Edit…，進入DynamicMesh

Zones窗口進行設(shè)置。在Zone

Names下拉菜單中選擇wall-top，Type下設(shè)置為Deforming，GeometryDefinition標(biāo)簽欄下選擇Definition為plane，Point

on

Plane下設(shè)置參數(shù)為0,0,0.1(m)，Plane

Normal下設(shè)置為0,0,1；在Meshing

Options標(biāo)簽欄下確認(rèn)Methods下的

Smoothing和Remeshing被勾選，點擊Create創(chuàng)建wall-top面的動網(wǎng)格設(shè)置。操作步驟3.在Zone

Names下拉菜單中選擇wall-bottom，Type下設(shè)置為Deforming，Geometry

Definition標(biāo)簽欄下選擇Definition為plane，Point

on

Plane下設(shè)置參數(shù)為

0,0,0(m)，Plane

Normal下設(shè)置為0,0,1；在Meshing

Options標(biāo)簽欄下確認(rèn)Methods的Smoothing被勾選，Remeshing去選，點擊Create創(chuàng)建wall-bottom面的動網(wǎng)格設(shè)置。ANSYS

Confidential25?

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30,2023操作步驟4.在Zone

Names下拉菜單中選擇lobe-ccw，Type下設(shè)置為Rigid

Body，MotionAttributes標(biāo)簽欄下選擇MotionUDF/Profile為rotation_ccw::libudf，Center

ofGravity

Location下設(shè)置參數(shù)為0.061,0,0(m)，其余設(shè)置為默認(rèn)，點擊Create創(chuàng)建

lobe-ccw邊界的動網(wǎng)格設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟5.在Zone

Names下拉菜單中選擇lobe-cw，Type下設(shè)置為Rigid

Body，MotionAttributes標(biāo)簽欄下選擇Motion

UDF/Profile為rotation_cw::libudf，Center

ofGravity

Location下設(shè)置參數(shù)為-0.061,0,0(m)，其余設(shè)置為默認(rèn)，點擊Create創(chuàng)建lobe-cw邊界的動網(wǎng)格設(shè)置。ANSYS

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30,2023操作步驟6.預(yù)覽網(wǎng)格運動，在Task

Page中點擊PreviewMesh

Motion…，在彈出的MeshMotion窗口設(shè)置TimeStepSize(s)為1.39e-4，點擊Apply。無需關(guān)閉MeshMotion窗口。保存case為lobe-pump-ini.cas.gz。在MeshMotion窗口設(shè)置NumberofTimeSteps為100，點擊Preview，可以預(yù)覽到網(wǎng)格的運動。7.關(guān)閉Fluent，注意無需保存當(dāng)前case，重新讀入lobe-pump-ini.cas.gz繼續(xù)進行設(shè)置。ANSYS

Confidential28?

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30,2023操作步驟3.3.Solution

Methods求解方法設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Solution】>【Methods】，進行求解方法的設(shè)置。設(shè)置的

Scheme為PISO，調(diào)整Skewness

Correction為0。在Spatial

Discretization欄下，修改

Gradient為Least

Squares

Cell

Based，設(shè)置

Pressure為PRESTO!，保持Momentum為Second

Order

Upwind，Turbulent

KineticEnergy和Dissipation

Rate為First

OrderUpwind。ANSYS

Confidential29?

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30,2023操作步驟3.4.SolutionControls松弛因子設(shè)置Under-Relaxation

Factors下設(shè)置保持默認(rèn)。ANSYS

Confidential30?

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30,2023操作步驟3.5.Monitors監(jiān)視設(shè)置3.5.1.殘差監(jiān)視設(shè)置樹中【Solution】>【Monitors】>【Residual】，鼠標(biāo)左鍵雙擊，確保Plot選項被勾選。設(shè)置Equations下continuity的Absolute

Criteria值為0.01，默認(rèn)Iterations

toStore為1000。ANSYS

Confidential31?

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30,2023操作步驟3.5.2.進口流量監(jiān)測樹中【Solution】>【Monitors】>【ReportPlots】，鼠標(biāo)左鍵點擊New…，進行自定義物理量的監(jiān)視設(shè)置。在彈出的New

Report

Plot窗口中，點擊New…，選擇

Surface

Report>Mass

Flow

Rate…，同時在Name中輸入massflow-inlet，勾選

Create下Report

Plot，選中Wall

Zones下的pressure_inlet，點擊OK。ANSYS

Confidential32?

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30,2023操作步驟3.6.Initialization初始化樹中【Solution】>【Initialization】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Initialization，在TaskPage中確認(rèn)InitializationMethods選擇為StandardInitialization，點擊Initialize按鈕進行初始化。ANSYS

Confidential33?

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30,2023操作步驟，3.7.CalculationActivities設(shè)置樹中【Results】>【Graphics】>【Contours】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Contours，彈出Contours窗口，在

Contours中Options下勾選Filled，選擇Contoursof下Pressure…>Static

Pressure，選中Surfaces下的

Interface和wall組，點擊Save/Display顯示表面壓力云圖分布。樹中【Solution】>【Calculation

Activities】>【

SolutionAnimations】，雙擊SolutionAnimations設(shè)置AnimationObject為contour-1，其余為默認(rèn)值。計算過程中將以每個時間步作為間隔保存壓力分布圖。點擊OK確認(rèn)設(shè)置。ANSYS

Confidential34?

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30,2023操作步驟3.8.Run

Calculation運行計算樹中【Solution】>【Run

Calculation】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Run

Calculation，在TimeStepSize(s)中設(shè)置為1.39e-4，NumberofTimeSteps輸入360。點擊Calculate開始運行計算。ANSYS

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30,2023操作步驟ANSYS

Confidential36?

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30,20233.9.Post-processing后處理在最左側(cè)的樹中，使用【Results】中的相關(guān)工具，對計算結(jié)果進行后處理。3.9.1.動畫顯示樹中【Results】>【Animations】>【Solution

Animation

Playback】，雙擊

Solution

AnimationPlayback，打開Playback對話窗