ANSYS-CFX前处理 数值计算及实例

1、第5章CFX前处理数值计算及实例本章通过实例详细介绍了CFX进行泵水力部分数值计算的方法。主意包括网格文件的导入方法、流模型的选择、计算域的定义、边界条件的设定、交界面的设定等CFX前处理的设置方法。并通过实例讲解设定过程。5.1网格文件的导入：1）打开CFX软件。在【ANSYS19.2】程序里选择【CFX19.2】并单击。2）打开CFX前处理CFX-Pre19.2，如图5.1-01所示，单击【CFX-Pre19.2】。QANSYSCFXRelease19.2Launcher(onIT1104371一XFileEditCFXShowToolsUserHelp!轡TurboGrid19.2CFX

2、-Pre19.2CFX-SolverManager19.2CFD-Post19.2WorkingDirectoryE;/PUMP/AN5Y5/CFXv|SilAJAV图5.1-013）在菜单栏中选择【File】f【NewCase】f【General】,单击【OK】。V;4）单击【File】f【lmport】f【Mesh.】或者直接单击工具箱中留图标。在打开的导入网格对话框中，选择之前设置好的网格文件（主要包括IMP.cfx5、INLET.cfx5、OUTLET.cfx5、V0L.cfx5等四个文件），注意“MeshUnits”里选择“mm”，单击【Open】，将文件导入，如图5.1-02所示。

3、勒limpcHrtMrshM?computerAckianaedOplionsjdrrinszatoi*CUTlBcfji5gnTCEMCFDpizfifxcfi:5*”CanedMeshUnitsmmOption?图5.1-025.2定义计算类型：这里需要定义计算类型是定常计算还是非定常计算。双击左侧模型树上【AnalysisType选项进入属性编辑，如图5.2-01所示。如果是定常计算，将【BasicSettings选择为【SteadyState,单击【OK】按钮，完成计算类型的定义。注意实例选择定常计算类型。IMPcfx5INLET.cfxSOUTLETdxS塾鱼I鱼I、励v剑Simul

4、ationJ玄tPDefaultDomainHitDefaultDonkinDefedt蕾述Interfaces7圍Solver（辰SolutionUnits慢SolverControl1OutpjtControlCciordinateFramesVOL-crfxSConnectivityAnalysisTypeOutlineAral格isType3etaJsofAnalysis.TypeirRowAnalysh1Basi匚SettirgsOpticnSteadyStateUserLocatbnsTramsfornnstloiiisf-laterials：图5.2-015.3定义计算域：首先需

5、要对各个网格文件进行定义。直接单击工具条上的二，弹出对话框，并将对话框进行命名，如图5.3-01所示。这里需要定义的有叶轮IMPELLER、进口水段INLET、出口水段OUTLET、蜗壳VOLUTE。其中叶轮域为旋转域，其他为静止域定义方式一致。图5.3-011）定义叶轮计算域：单击工具条上的二，在对话框里命名为IMPELLER,单击【OK】按钮,左侧控制树弹出选项卡，如图5.3-02所示。图5.3-02单击【Location后“，选择【IMP】，并单击【0K】按钮；在液体属性中，选择材料DarainMotionCpbonRaising|23COreyrrtny,l为【Water；在参考压力输

6、入框中，输入参考压力为【0atm；在运动属性中，DomainMotion区域选择【Rotating】，并在AngularVelocity区输入转速【2900revminA-l，在轴定义属性中，RotationAxis区域选择【GlobalX】。如图5.3-03所示。IIAltianBfteRntatiDnModelAm5DrfinitjonOptionRelation尿CfKirchrdb*Axisi少也比irnMcshDtfiwmatKnZpGCrl|图5.3-03轴正方向，反之则在AngularVelocity区输入【-2900revminA-lo如图5.3-04所示。注意：实例中叶轮的旋

7、转轴向为X轴，同时旋转方向遵从“右手法则”大拇指方向为XOpbcn图5.3-04在第二个标签【FluidModels中定义湍流模型，在Turbulence区域选择【k-Epsilon】,其他默认，单击【0K】按钮，完成叶轮计算域定义。对于湍流模型的选择，CFX中叶片泵常用的湍流模型，主要包括：k-Epsilon、RNGk-Epsilon、ShearStressTransport(SST)k-Omega等。其中k-Epsilon模型是目前应用最广泛的工程湍流模型，其方程以耗散尺度作为特征长度，由求解相应的偏微分方程得到，适用范围更为广泛。如图5.3-05所示。Veiling;FUJModelsI

8、niludzailigriHMllTriarEfe日LffljthemaiFkidiLriwiencEksiunWilFunctorNonepben图5.3-05定义静止计算域属性：静止计算域包括：进口水段、出口水段、蜗壳三部分组成。分别命名为进口水段“INLET”、出口水段“OUTLET”、蜗壳“VOLUTE”，其计算域基本属性和湍流模型等于叶轮计算域定义相同，唯一区别在运动属性定义中，由于这三部分为静止状态，故在DomainMotion区域选择【Stationary，其他默认，注意在Location区域选择和命名相符的网格文件。如图5.3-06所示。Era町附由WEr*.MDoniMnHD

9、rphc4aiY口AjlimriactonOpluiHiKirbCrrmdMeDKomiatia-i图5.3-065.4定义边界条件：1）定义进口边界：进口边界定义在进口水段的进口边。单击工具条上的丿选择下拉菜单中的【inINLET计算域，在弹出的对话框中命名为【INLET_IN】，单击【0K】按钮，如图5.3-07所示。图5.3-07在左侧控制树弹出边界条件属性栏。在第一个标签【BasicSettings中，BoundaryType区域选择【INLET,并在框中选择【INLETIN,如图5.3-08所示。图5.3-08在第二个标签【BoundaryDetails中，MassAndMoment

10、um区域选择【TotalPressure(stable),并在RelativePressure输入数值为1个标准大气压【1atm；在Turbulence区域选择【Medium（lntensity=5%）】，单击【OK】按钮，完成进口边界条件定义，如图5.3-09所示。图5.3-092）定义出口边界：出口边界定义在出口水段的出口边。单击工具条上的选择下拉菜单中的【inOUT】计算域，在弹出的对话框中命名为【OUTLET_OUT】，单击【OK】按钮，如图5.3-10所示。图5.3-10在左侧控制树弹出边界条件属性栏。在第一个标签【BasicSettings中，BoundaryType区域选择【Ou

11、tlet】，并在框中选择【OUTLETOUT，如图5.3-11所示。图5.3-11在第二个标签【BoundaryDetails中，MassAndMomentum区域选择【MassFlowRate，并在【MassFlowRate输入数值为【11.11kgsA-l（根据泵额定流量换算定义），单击【OK】按钮，完成出口边界条件定义，如图5.3-12所示。B日却匚SettingsBoundaryDetailsSourcesPlotOptionsFlowFleginneS图5.3-123）定义旋转域即叶轮计算域的壁面条件：单击工具条上的，选择下拉菜单中的【inIMPLLER】计算域，在弹出的对话框中命名

12、为【IMPLLER_WALL】，单击【0K】按钮，如图5.3-13所示。图5.3-13在左侧控制树弹出边界条件属性栏。在第一个标签【BasicSettings中，BoundaryTypeg区域选择【Wall,并在框中选择【IMPWALL,如图5.3-14所示。BaseSettingsBourdaryDetailsSources图5.3-14在第二个标签【BoundaryDetails中,MassAndMomentum区域选择【NoSlipWall,并在【WallVelocity前面打勾，选择RotatingWall在角速度AngularVelocity输入数值【0revminA-l；旋转轴选为

13、【GlobalX，与叶轮旋转坐标一致，壁面的表面粗糙度WallRoughness区域选择光滑壁面【SmoothWall，单击【OK按钮，完成旋转域的壁面条件定义，如图5.3-15所示。图5.3-153）定义静止域即进口水段、出口水段、蜗壳等三个计算域的壁面条件：静止域定义内容都相同，以进口水段为例，单击工具条上的选择下拉菜单中的【inINLET】计算域，在弹出的对话框中命名为【INLET_WALL】，单击【OK】按钮，如图5.3-16所示。0曰菲向丫題ifij0更曰弥汹丁piincrinOVTinVOL卡題致敷?nI舉InsertBoun.?Canl图5.3-16在左侧控制树弹出边界条件属性栏

14、。在第一个标签【BasicSettings】中，BoundaryType区域选择【Wall,并在框中选择【INLETWALL,如图5.3-17所示。图5.3-17在第二个标签【BoundaryDetails】中，MassAndMomentum区域选择【NoSlipWall,壁面的表面粗糙度WallRoughness区域选择光滑壁面【SmoothWall】，单击【OK】按钮，完成进口水段计算域的壁面条件定义，如图5.3-18所示。图5.3-185.5定义计算域交界面：交界面的定义的作用主要是为了不同计算域之间数据传递。分为动-静计算域交界面和静-静计算域交界面。离心泵的动-静计算域交界面包括：进

15、口水段与叶轮之间的交界面INTERFACE_1，叶轮与蜗壳之间的交界面INTERFACE_2；静-静计算域交界面包括：蜗壳与出口水段之间的交界面INTERFACE_3。1）动-静计算域交界面：以进口水段和叶轮之间的交界面定义为例。单击工具条上的谨，在弹出的对话框中输入INTERFACE，单击【0K】按钮，在左侧控制树弹出交界面编辑属性，如图5.3-19所示。日崔扎拯列*电罔赃1笔？囤岛InsertDom.?XRamjIMTERFACE_110KJICancel图5.3-19第一个标签【BasicSettings】中，在InterfaceSidel区域中【Domain后单击，在弹出的对话框中选择

16、INLET，在【RegionList后单击，在弹出的对话框中选择INLET_OUT；在InterfaceSide2区域中【Domain】后单击匚I,在弹出的对话框中选择IMPLLER，在【RegionList】后单击，在弹出的对话框中选择IMP_IN；在FrameChange/MixingModel坐标系变换区域中选择【FrozenRotor；在【PitchChange】面积比区域中，在【PitchAngleSide1中输入【360】，在【PitchAngleSide2中输入【360】。在第三个标签【MeshConnection网格连接方式中选为【GGI】,其余的选择默认选项，单击【OK】按钮

17、，完成进口水段和叶轮之间的交界面定义。叶轮与蜗壳之间的交界面INTERFACE_2定义与此相同，如图5.3-20所示。BsekEethngsAdditanialnberfaceffcdebiHcshCom亡cborinteriacelpeFluidFluid帀InterfaceSide1PitchChangeEOptcnSpecifiedPitchAides丁Pitdiideldeg詢Pilch5id&2I3fiQ阻g沱可BasicSettingsAdditionalInterfaceModelsMeshConnectionMeshConnectionMethodMeshConn皂匚ti口仃O

18、ptionGGIIntersectionCntrcil图5.3-202）静-静计算域交界面:单击工具条上的谯,在在弹出的对话框中输入INTERFACE_3,单击【OK】按钮，在左侧控制树弹出交界面编辑属性，如图5.3-21所示。图5.3-21第一个标签【BasicSettings】中，在InterfaceSidel区域中【Domain后单击，在弹出的对话框中选择VOLUTE，在【RegionList】后单击，在弹出的对话框中选择VOLUTE_OUT；在InterfaceSide2区域中【Domain】后单击，在弹出的对话框中选择OUTLET，在【RegionList】后单击，在弹出的对话框中选

19、择OUTLET_IN；在InterfaceBasicSettingsAdditionalInterface啊口delsFlesh匚onrectianFLildFluidInterfa匚亡TypeInterfaceSide1InterfacerlodelsOptionPitchchangeOptionOptionOptionFrameChange/T4ixingModelBasicSettingsModels区域中选择【GeneralConnection】。在第三个标签【MeshConnection】网格连接方式中选择【GGI】，其余的选择默认选项，单击【OK】按钮，完成蜗壳与出口水段之间的交界面定义。如图5.3-22所示。MeshConnectionMeihodFleshConnection图5.3-225.6定义求解器参数：单击工具条上的J，在左侧控制树弹出求解器编辑属性。在第一个标签【BasicSettings中，在AdvectionScheme选项选择【