二维离心泵流动模拟上机指导书

1、实验十一二维离心泵流动模拟一、实验目的二、实验原理研究如图所示的二维离心泵，该泵由旋转的叶轮和静止的蜗壳两部分构成。 流体从叶轮中央的圆形进口沿径向均匀进入叶轮，经过旋转的叶片作用后，得 到能量，从蜗壳出口排出。已知叶轮的叶片数为6,叶轮进、出口直径分别为 120mm和220mm，叶片进口安放角（叶片与圆周方向夹角）和出口安放角分别 为2。和25，叶片厚度为3mm。蜗壳隔舌角 （叶轮中心至蜗壳螺旋线起点 的连线与水平夹角）为35。，出口段扩散角为8。图表1二维离心泵示意图图表2 UG NX所绘二维离心泵三、实验步骤1、利用Gambit对计算区域离散化和指定边界条件类型步骤1：导入几何模型生成几

2、何模型的方式有许多种，如Autocad， Pro/E，UG NX等，Gambit也自带简单的绘图功能，在这里UGNX绘图。如下图，我们将会给出绘图文件。在UG NX绘完图后，需将结果导出以便Gambit使用，这里导出为Parasolid， 生成后缀名为x_t的文件。因为有视频教程，在这里主要写一下主要内容：在Gambit中选择File/Import/Parasolid命令，选取先前生成的文件11.x_t，则 二维离心泵模型被装入到Gambit。结果如图:图表3导入到Gambit的二维离心泵几何模型步骤2：网格划分为了对几何区域划分网格，单击Operation / Mesh / Face / M

3、esh Face按钮，弹 出如图所示的Mesh Faces对话框。在Faces列表框中选取蜗壳区域，在Elements 列表框中选择Tri（三角形单元），在Type列表框中选拌Pave（非结构网格），选中 Scheme命令组中的Apply复选框，然后，从Spacing区域的列表框中选择I nterval Size（指定网格间隔），在文本框中输入10，选中该区域中的Apply复选框，最后 选中O ptions区域中的Mesh复选框，单击Apply按钮，则生成蜗壳内流体区域的 网格。图表4 Mesh Faces对话框重复上述命令，从Faces列表框中选取叶轮区域，在Spacing文木框中输入 “8

4、,则可生成转轮内流体区域网格。离心泵的网格结果如图所示。图表5二维离心泵网格步骤3：边界条件类型的指定(1)指定边界类型单击 Operation / Zones / Specify Boundary Types按钮，弹出 SpecifyBoundary Types对话框在对话框中，进行如下操作：将Type栏选为Velocity_inlet，在Entity栏选取Edges，并选中叶轮进口圆作 进口边界。 将Type栏选为Outflow，在Entity栏选取Edges，并选中涡壳出口边作为出口 边界。 将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中组成6个叶片的所有边作 为壁面边

5、界1. 将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中叶轮出口作为壁面边界2(该壁面将在FLUENT的边界条件的指定中改为interior类型)。 将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中除出口边外的组成涡壳的 所有边，作为壁面边界3。图表 6 Specify Boundary Types对话框图表 7 Specify Continuum Types对话框(2)设定区域类型单 击 Operation/Zones/Specify Continuum Types 按 钮。弹 出 Specify Continuum Types对话框，该对话框用于指定区域类。

6、在Type栏选择FLUID，在Entity栏选择Faces，并选中代表叶轮流体的面作 为流动区域1。在确认对话框域上方的Add复选框选中的前提下，单击Apply按 钮。在Type栏选择FLUID，在Entity栏选择Faces，并选中代表涡壳流体的面作 为流动区域2。最后，选择File / Export / Mesh命令，给定文件名(如11.msh)，并选中Export 2D Mesh复选框，可将上述网格存盘。2.利用Fluent求解器进行求解步骤1：网格文件的读入、检查及显示等选择File一Read一Case将网格导入，选择Display一Grid，显示网格，如图:图表8 Fluent中的网

7、格显示选择File一Check对网格文件进行检查，这里要注意最小的网格体积(minimum volume)值一定要大于 0。网格按比例缩放。在GAMBIT中，生成网格使用的单位是mm,在FLUENT 中默认单位是m,需要缩放。为此，选择Grid / Scale命令，在弹出的Scale Grid 对话框中，在Grid Was Created In下拉菜单中，选取mm，然后单击Scale按钮。选择角速度单位。这主要是为了后续定义转动参考系作准备。为此，选择Define/units命令，在打开的Set Units对话框的Quantities下拉列表中选择 angular-velocity，在U ni

8、ts 下拉列表中选择 rpm。步骤2：选择计算模型按下述过程选择求解器的格式与计算模型，并设置运行环境：(1)选择求解器。选择Define/Models/Solver命令，弹出图所示的Solver对话框。在Salver选项组中选择Segregated (分离式求解器)，在Space选项组中选择2D （二维问题），在Time选项组中选择Steady （稳态流动），其他用默认值。口 Solver（2）设置运行环境。选择Define/Operating Conditions命令，弹出图7.G所示 的Operating Conditions对话框。保持FLUENT默认的参考压力值（一个标准大气 压）和

9、零参考压力的位置，选中Grav ity复选框，表示计及秉力，并在Y一栏输 入“-9.81 。(4)设置湍流模型。选择Define/Models/Viscous命令，弹出Viscous Model对 话框，如图所示。保留图所示的默认设置，即表示选择标准虹模型，模型的系 数均用默认值。步骤3：定义物理性质本例中流动介质为水，FLUENT材料数据库中已包含water liquid这一介质， 因此，直接复制即可。为此，选择Define/Materials命令，弹出Materials对话框， 单击Database按钮，打开FLUENT材料数据库，在新对话框的Fluid Materials下 拉列表中选择

10、wafer-1iquid，单击Copy按钮。单击Close按钮关闭Materials对话枢。步骤4：设置边界条件拉下述过程设置边界条件：将两个流体区域的交界面从wall改为interior类型。FLUENT将弹出一 个提示框，点击Yes按钮，FLUENT会自动将wall面和其shadow面合并为interior 类型。内部区域定义转动参考系。为此，选择Define/ Boundary Conditions命 令，打开Boundary Conditions对话框，然后按下述过程操作：在Material Name下拉列表中，选择Water-liquid，保持Rotation-Axis origin

11、 的默认值(0,0),该点为旋转区域圆形边界的曲率中心。在Motion Type下拉列表 中，选择Moving Reference Frame，下拉滚动条，将Rotational Velocity设为 -1470rprn。单击OK按钮关闭对话框。（3）按类似办法，为另一个Fluid区域（外部的）选择流动介质为Water-liquid, 其他参数使用默认值。注意该区域不是转动参考系。（4）设置进口边界。将进日Inlet设为velocity-inlet（速度进口边界条件），在 Velocity Inlet对话框的Velocity Magnitude文本框中输入“2.2” m/s （取自已知 条件）

12、。（5）设置出口边界。将出口Outlet设为Outflow（出流边界条件），参数使用默 认值。（6）定义代表叶片的壁血区域相对于转动流体区域的转动速度（注意内部流 体区域被指定为转动参考系）。为此，按下述过程进行：在Boundary Conditions对话框中单击wall_ 1然后单击Set按钮，启动Wall 对话框。在Momenturn选项中，选中Moving Wall。展开后的对话框将显示运动参 数。在 Motion 选项组中，选择 Relative to Adjacent Cell done 和 Rotational o将速度（相对值）Speed设为0 rad/s，即叶片壁而相对于fl

13、uid转动区域的速 度为完成后，转动轴的原点（Rotation-Axis origin）将位于（0，0），这样，叶片将随周围流体起同速转动。步骤5：求解设置过程如下：（1）选择求解控制参数。选择Solve / Controls/Solution命令，弹出Solution Controls对话框。在D iscretization选项组中，对速度与速度与压力祸合方式，选 择 SIMPLEC，对 Momentum（动量）.Turbulence Kinetic Energy（湍动能）和 Turbulence Dissipation Rate（耗散率），均选择Second order Upwind（二阶

14、迎风各 式），其余用默认值。(2)启动绘制残差功能。选择 Solve/Monitors/Residual 命令，弹出 residual Monitors 对话框。在options选项组中，选中Plot复选框，其余用默认值。(3)用进口的流动初始条件初始化整个流场的解。选择 Solve/Initialize/Initialize命令，弹出 Solution Initialization对话框。在Compute From 下拉中选择inlet，在Reference Frame组合框中，选择Absolute o保存设置文件。选择File/Write/base命令，将当前设置保存到案例文件。启动迭代计算。选择Solve/ Iterate命令，弹出I terate对话框，设置迭代次 数为400，其余用默认值。单击Iterate，迭代开始。步骤6：保存结果选择FileWriteCase &