版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、基于Fluent 14.5离心泵部流场数值模拟教程容摘要:一、描述随着科学技术的进步,许多领域对水泵要求越来越高。传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。随着计算流体力学(CFD)技术的发展,为水泵设计也带来了更好的研究方法。应用CFD技术,通过计算机对水泵部流场进行虚拟试验,可以快速获得外特性曲线,.一、描述随着科学技术的进步,许多领域对水泵要求越来越高。传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。随着计算流体力学(CFD)技术的发展,为水泵设计也带来了更好的研究方法。应用CFD技术,通过计算机对水泵部流场进行虚拟试验,可以快速获得外特性曲线,并且能够更好的在设计阶段预测泵部
2、流动所产生的漩涡、二次流、边界分离、喘振、汽蚀等不良现象,通过改进以提高产品可靠性。本教程采用IS80-65-125型水泵的水力模型,通过具体步骤希望广行能快速掌握运用Fluent对水泵进行CFD模拟的步骤方法。二、建模采用Creo 2.0 M020(Peo/Engineer)进行建模。本次教程不考虑叶轮前后盖板与泵腔间的液体(事实证明对实际结果有一定影响,为了教程方便因此不予考虑,大家可以在实际工作中加入对前后腔体液体),建模只考虑进口管部分、叶轮旋转区域部分、蜗壳部分。对于出口管,可以根据模型的特征进行判别,本次模拟是由于出口管路对实际模拟结果影响很小,不存在尺寸急变等特征,因此去掉了出口
3、管段,以减少网格数量。建模如图所示:图1 建立流道模型三、网格划分建模完成后,导出*.x_t(或其他格式)格式,导入网格划分软件中进行网格划分。网格划分软件有很多,各有各的优势,主要采用自己熟练的一种即可。本次教程采用ICEM进行网格划分。进口段为直锥型结构,采用六面体网格。叶轮和蜗壳部分采用四面体非结构网格(也可以采用六面体网格,划分起来比较麻烦)。对于工程应用,可以采用不划分边界层网格,划分边界层网格比较费时间,生成的网格数量也很高,但是从模拟的外特性曲线来看,差别不是很大,但是对于研究边界层流动对性能的影响,就必须划分边界层,对于采用有些壁面条件,也必须划分边界层(该部分查看其它教程)。
4、划分的网格情况如图所示:图2 进口段网格图3 蜗壳部分网格图4 叶轮区域网格图5 整体网格装配四、Fluent设置,并进行计算1、启动并设置Fluent双击Fluent 14.5图标,弹出如图界面,进行求解器设置和计算精度。一般对于三维模拟,需要首先选择三维模式,精度可以选取为双精度,也可以不选双精度,双精度比单精度计算精度要高,但是时间要长。选择并行模式可以加快计算速度,减少网格占用的存量。在设置界面还可以设置启动后界面显示,Workbench Color Window为背景显示模式,勾选后Fluent 14.5启动后显示网格的图形界面为Workbench的默认背景(蓝色),如果不选则为黑色
5、背景。背景可以再Fluent启动后设置。Display Mesh After Reading为读入网格后是否显示网格,勾选后,读入网格后默认状态为显示网格,不勾选则不显示。展开Show Fewer Options按钮,可以或多更多的设置,如工作目录等。图5 启动Fluent14.52、导入网格导入网格可以通过下拉菜单FileReadMesh.或者直接在Fluent14.5界面下的“Read a file”下拉按钮下进行读入网格。如果启动Fluent后设置为默认显示网格,则读入网格后会在图形面板显示网格,如果没有设置,可以点击左边General按钮,在General选项卡中点击Display,并
6、选取需要显示的网格,并点Display进行显示。图6 读入网格方法1图7 读入网格方法2图8 导入并显示网格3、缩放网格Fluent启动后默认长度单位为m,有些模型在进行网格划分时默认的单位长度是mm,所以必须进行网格缩放。在General选项卡中点击Scale.按钮,弹出缩放对话框。如图所示:图9 单击Scale.按钮先更改为mm,查看Domain Extents中X、Y、Z中显示的边界是否与模型合适,如果相差的数量级是1000,则更改为mm,并点击Scale按钮进行网格尺度缩放。所过相差为0.001,则选择Unscale按钮。图10 网格缩放4、光顺网格如果在网格划分软件中划分的网格质量相
7、当该,可以忽略此步。选择下拉菜单MeshSmooth/Swap,弹出网格光顺对话框,设置合适的值,并进行光顺。图11 网格光顺5、转速单位设定Fluent默认的角速度单位为rad/s,我国一般采用r/min,如果转速为r/min则在General选项卡中点击Units.按钮进行设置,设置角速度单位为rpm(r/min),如图所示:图12 设置转速单位6、设置运行环境(重力场)在General选项卡中,勾选Gravity可选对话框,进行重力加速度设置。如图所示:图13 设置重力7、求解器设置在General选项卡中设置求解器。本次教程采用定常模拟,因此设置为稳态、单元压力梯度、绝对速度。如图9所
8、示8、设置计算模型点击Models按钮,弹出Viscous Model设置对话框。选择k-epsilon选项并进入k-设置。本教程采用标准k-模型,标准壁面函数。如图所示:图 14 设置计算模型9、定义材料Fluent默认流体材料只有air(空气),因此需要添加清水或其他流体。点击Materials按钮,在Materials选项卡中单击Create/Edit.按钮,弹出创建/编辑材质对话框,单击Fluent Database.按钮弹出Fluent材质数据库对话框,在Fluent Fluid Materials中找到water-liquid(h2o<l>),并单击Copy按钮完成对清
9、水的添加。如图所示:图15 定义材料注意:如果对水有特殊的要求,还可以在在Create/Edit Materials对话框中对水进行物理状态设置。10、定义流体域在泵中,存在多参考坐标系,即蜗壳和进出口部分为静止区域,叶轮为旋转区域,因此需要对叶轮区域进行特别设置,即MRF模型。点击Cell Zone Conditions,在Cell Zone Conditions选项卡中可以看到三个流体域,即所设想的进口段、叶轮旋转区域、蜗壳区域。图16 定义流体域双击叶轮区域(这里我为其命名为domain-impeller),或者单击叶轮区域,单击Edit.按钮,弹出Fluid设置对话框。注意:必须要注意
10、Type下面的类型,有时候我们网格导入后并不一定为fluid,可能是solid,如果是solid固体,需要将其转换为fluid。在下拉框中设置材质名称为water-liquid,勾选Frame motion,出现旋转区设置。在中设置转速,IS80-65-125转速为2950rpm,中设置旋转轴,根据模型创建时的方向,设置旋转轴为X轴(根据右手定则判断,反方向为-1,正方向为+1)。如图所示:图17 定义叶轮旋转区域设置进口段、蜗壳区域。过程略,同叶轮区域。区别是没有Frame Motion选项,为静止区域。如图所示:图18 定义进口段流体图19 定义蜗壳区域流体11、进、出口设置边界条件点击B
11、oundary Conditions按钮,在Boundary Conditions选项卡中选择进口(这里我为其命名为inlet),并在Type类型里选择合适的类型(这里我选择的是质量流量进口mass flow-inlet),选择Edit按钮,弹出MassFlow Inlet设置对话框在伞中设置合适的值、参数,其余可保持默认,也可以在Turbulence中设置合理的初始值,可有利于提高计算精度。注意这里的湍动能和湍流耗散率是估算的,估算方法请参阅相关资料。如图所示:图20 设置进出口边界条件12、旋转壁面设置旋转壁面主要是叶轮上的壁面。这里我将旋转面分为了两部分,分别是叶片部分和叶轮盖板部分。设
12、置为移动壁面。相对于流体单元区域旋转、无滑移壁面。设置如图所示:图21 设置叶片壁面条件图22 设置叶轮前后面壁面条件壁面边界条件在模拟的时候,如果要考虑壁面的粗糙度,还要填写Wall Roughness中的Roughness Height参数。该值对模拟出的扬程、扭矩都有一定的影响。Roughness Constant可以保持默认(对结果也有影响)。蜗壳、进出口段的壁面粗糙度设置类似,后面不再赘述。13、设置进口壁面、蜗壳壁面边界条件对于如进口、蜗壳等静止区域的壁面边界条件,可以保持默认状态,也可以进如Wall设置对话框。相对于12步骤旋转壁面设置,在中设置Wall Motion 为Stat
13、ionary Wall、NoSlip即可(或者加上考虑粗糙度)。14、设置交界面点击Mesh Interfaces,在Mesh Interfaces选项卡中单击Create/Edit.按钮弹出对话框,在中设置交界面名称并在Interface Zone 1和Interface Zone 2中选择交界面。如图所示:图23 设置交界面注意:在Fluent14.5版本界面是可以多选的,但不能重复。这里的交界面只有两对,设置比较简单。如果交界面设立的比较多,可以考虑采用命令行进行设置。设置方法如下:definemesh-interfacescreateimpeller-inletpipeinterfac
14、e-impeller-inletpipe (回车)interface-inletpipe-impeller(回车)(回车)(回车)(回车)createimpeller_shellinterface-impeller-shell(回车)interface-shell-impeller(回车)(回车)(回车)(回车)create.quitquit(回车)命令可以参考Fluent帮助文档或相关书籍。15、检查网格之所以把检查网格放在设置交界面之后,是因为在Fluent 14.5版本中,如果有交界面的存在,没有设置的话会出现警告提示。设置完交界面后就没有提示了。此步最好在一开始就检查,壁面前
15、面不必要的过程。检查网格在General选项卡中点击Check按钮即可。检测通过标准为最小体积为正值。当然在高版本中可以忽略此步,因为在导入网格的时候如果存在负体积网格Fluent会给出错误提示。当然,我们在网格划分的时候只要仔细点就不会出现负体积网格。16、设置求解方法点击Solution Methods,在Solution Methods选项卡中进行相关设置。在中可以选择SIMPLE、SIMPLEC、PISO和Coupled算法。相关研究指出,对于离心泵定常模拟,SIMPLEC、SIMPLE算法更接近实验值,当然你也可以都算一遍,并总结出自己的规律。在中设置曲线变化率、压力耦合算法、迎风格
16、式(二阶迎风格式对于非结构网格具有更高的精度,相关资料请参阅Fluent相关书籍)等。如图所示:图24 设置求解方法16、求解控制在Solution Control选项卡中设置欠松弛因子,以改变收敛速度,一般此处不用修改,除非收敛困难时可以以修改。欠松弛因子的大小设置是有区别的,请参阅相关手册。如图所示:图25 求解控制17、监视残差具体设置步骤如图所示,其中Plot按钮可以在计算获得结果后任何时候查看曲线。图26 设置残差18、创建检测点与17步同一个选项卡下,在Surface中单击创建按钮进行设置。本次我们关心出口总压的变化,因此对出口进行监测。对出口压力的监测,可以大体判断是否收敛。当残差计算到一定精度时,观察出口压力不再变化,并查看进出
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2024版股权转让合同with锁定期与业绩承诺3篇
- 2024版股权投资合同投资退出机制及其收益分配3篇
- 2024年度吊车租赁合同中的合同签署地点和日期2篇
- 2024年抖音美妆产品推广合作合同2篇
- 2024版工程环境保护与绿化合同
- 钢管制造与销售2024年度合同3篇
- 二零二四年新能源电池生产与销售合同2篇
- 幼儿园员工入股协议书
- 精益管理在医疗方面的应用
- 艺术合作协议书
- 静电防护在电池制造中的应用
- 髋关节常见疾病的规范诊治培训课件
- 足疗店接待培训方案
- 园林植物的识别与应用-藤本园林植物的识别与应用
- 网络安全与代码审计
- 液化气智能充装枪漏气预案
- 肩难产的护理查房
- 埃隆马斯克传
- 合理安排课余生活-完整版PPT公开课件
- 中国科学院大学2023年619物理化学(甲)考研真题(含答案)
- 新系统培训总结汇报
评论
0/150
提交评论