离心泵CFD应用---Fluent计算

离心泵CFD分析教程（二）---Fluent计算1、导入网格文件打开Fluent软件选择3d双击，点击File→Read→选择Case→选择网格文件。如图（1）、（2）、（3）图（1）图（2）图（3）2、创建网格分界面把进口、叶轮、蜗壳的interface合并，具体的是进口处的interface-in和叶轮进口的interface21合并，叶轮出口的interface23和蜗壳的interface-3合并。点击GridInterface(a)在GridInterface框里输入分界面的名字，如图（4）(b)确定组成网格分界面的两分界面区域，在InterfaceZone1和InterfaceZone2列表中各选择一个。（次序无关），如图（4）(c)点击Create建立新的网格分界面，如图（5）(d)点击Close关闭图（4）图（5）注：1）创建网格分界面要在check网格之前，否则check网格时就会出错。2）在创建网格分界面之后你会发现在BoundaryConditions里面多了四个边界（wall-13、wall-25、wall-27、wall-28），如图（6）图（6）3、check网格点击Grid→check，要留意如图（7）所示的volumestatistics三项数据是否为正数，若为负数的话就要重新划分网格。图（7）4、单位换算（scaleGrid）点击Grid→scaleGrid，在选择㎜，点击→，如图（8）图（8）5、平滑、交换网格点击Grid→Smooth/SwapGrid如图（9）图（9）点击→，如图(10)，继续→直到多次为零而止,如图(11)图（10）图(11)注：这对于非结构网格来说非常重要。6、求解器设置点击Define→Modles→Solver,在Time下面选择steady(定常)，点击OK，如图（12）一般离心泵可选择定常，如果要测算瞬态流的话就要选择Unsteady图（12）7、湍流模型选择点击Define→Modles→ViscousModle,选择k-epsilon(2kqn),点击OK，如图（13）图（13）8、设置流体物性点击Define→Materials→右侧FluentDatabase(如图14)→在FluentFluidMaterials里面选择Water-liquid(H2ol)（如图15）,点击Copy→Close图（14）图（15）.9、设置旋转单位点击Define→Units→angular-velocity→rpm→Close，如图（16）如图（16）10、设置运行条件点击Define→OperatingConditions→点击Gravity(重力)前面的小方块，在重力的作用坐标线上填上大小，负号表示重力的方向和坐标方向相反→点击OK在OperatingPressure可以设置参考压力，一般默认为一个大气压。如图（17）图（17）注：在Fluent里面查看重力坐标，点击Display→Grid→Display如图（18）图（18）在图（19）我们可以看到重力的作用坐标线是在Y轴上，而方向是向下的。所以在的Y（m/s2）后面填-9.81而在图（20）里面我们要填9.81图（19）图（20）注：一般的清水离心泵分析可不设置重力11、边界条件设置点击Define→BoundaryConditions，如图（21）图（21）1）流体区域设置在这个模型里面流体区域有三块，fluid-in(进口)、fluid-run(叶轮)、fluid-out（蜗壳）a)fluid-in设置：选中fluid-in→点击Type下面的fluid,在MaterialsName里面选择water-liquid,由于进口区域是不旋转的，所以下面的MotionType保持默认设置Stationary(静止)。然后点击OK，如图（22）图（22）b)fluid-out设置由于蜗壳的流体区域也是不旋转的所以它的设置与上面的相同，只是注意ZoneName的不同，如图（23）图（23）c)fluid-run设置点击Type下面的fluid,在MaterialsName里面选择water-liquid。由于叶轮区域内的流体是旋转的，所以在MotionType里面要选择旋转的网格MovingReferanceFrame，如图（24）。如果在Solver里面选择了Unsteady的话，在这里就要选择MovingMesh图（24）拉动右边的滑条见图（25）图（25）在Speed里面填上转速，按照右手法则，转向取正。在Rotation-AxisDirection里面旋转叶轮的旋转轴线，在本例中叶轮绕Z轴旋转，所以在Z后面填1.如图（26）图（26）最后点击OK2)进口边界条件设置点击in→Velocity-inlet，如图（27），在VelocitySpecificationMethod里面选择MagnitudeandDirection,在VelocityMagnitude里面填上速度大小，负号表示速度的方向与Z轴方向相反。点击OK，如图（28）图（27）图（28）3）设置网格分界面点击interface-3→interface→OK。其余的interface操作相同，如图（29）、（30）图（29）图（30）4）出口边界设置点击out→outflow→OK。如图（31）、（32）图（31）图（32）5）边壁设置边壁类型大致可以分两种一种是和旋转系一起旋转的边壁，例如叶片、前后盖板；另外一种是不旋转的，静止的边壁，例如进口，蜗壳。所以在边壁设置的时候要把旋转的边壁设置为相对于旋转域相对静止的。而静止的边壁要设置为静止的。a)旋转边壁设置点击wall→点击Type（wall）如图（33），在图（34）的AdjacentCellZone可以看到fluid-run,说明这个wall是属于叶轮，我们要把它设置为旋转的。在wallmotion下选择moveingwall，如图（35）由于它是相对于叶轮静止的，所以选择Rotational。此时要查看旋转轴Z是否为1，如果不是的话要设置为1，其余为0。如图(36)图（33）图（34）图（35）图(36)b)静止边壁设置点击wall13→wall,边壁为进口的边壁，应设置为静止的，点击ok即可。如图（37）图（37）对于下面的所有边壁均以以上方法设置即可12、算法设置点击Solve→Controls→Solution,默认SIMPLE算法，点击OK。如图（38）图（38）13、残差设置点击Solve→Momitors→Residual,在Options在勾选Plot，点击OK。如图（39）图（39）14、初始化设置点击Solve→Initialization,在ComputeFrom下选择in，点击Init→OK。如图（40）图（40）15、保存文件点击Write→Case&Data→保存路径点击Autosave→在AutosaveCase/DataFileFrequency里面分别填1，这样的话每计算完一次都会保存数据，在FileName下面给文件重新起个名字。对于稳态计算建议保存频率取小一点，可以计算10次之后保存一次。而对于非稳态计算可以取大频率。如图（41）注：当计算快要收敛的时候，就要把保存频率增大，可以设置为1了。这样最后收敛的结果才会被保存。图（41）16、计算设置点击solve→Iterate,在NumberofIterations里面输入计算次数，然后点击Iterate计算。如图（42）。图（42）如果中途要终止计算的话可以点击Cancel,再重新计算请点击Iterate。如果终止了计算，也关掉了Fluent就重新打开Fluent，导入文件，点击File→Read→Case&Data，选择最后保存的文件，点击solve→Iterate。17、计算过程点击Iterate之后Fluent便开始计算，并会出现残差图，如图（43），这是表示各计算量的数量级，另外在Fluent的窗口也会显示各参数的数量值如图(44)图(43)图(44)当计算的数量级达到第12步设置的精度时，计算会自动停止（若不停止点击Cancel）,残差图、Fluent窗口显示的数据显示如下，在最后一次显示的数据前面会出现一个感叹号，也就是说数据前面出现感叹号就表面计算已经到了预设的精度。如图（45）、（46）图（45）图（46）18、计算后处理计算完毕后我们可以查看我们感兴趣的数据和图像。对于水泵来说主要想知道的数据是流量和扬程、轴功率、效率。而图像就是水流的速度分布和压力分布。现在我们逐项来考察1）扬程在Fluent里面没有直接表示扬程的选项，但是我们知道扬程可以通过压力来计算。扬程大概就是进出口的压力差。H=(P2-P1)/(gρ)。点击Report→SurfaceIntegrals→在ReportType里面选择Mass-WeightedAverage→在FieldVariable选择Pressure、TotalPressure→在Surface下面选择进出口平面in、out→Compute。如图（47）在Fluent窗口里会显示进出口的压力值，那是相对于参考压力的值，然后根据公式计算。H=(2492994+13485.392)÷(1000×9.8)=255.76m图（47）2）轴功率在Fluent里面没有直接表示轴功率的选项，同样需要我们去计算。轴功率计算公式：P=Mω点击Report→ForceReport→Moments→在MomentCenter下选择旋转轴，如图（48）代表与Z轴同向，-1代表与Z轴反向→在WallZones里面选择所有叶轮的边界→Print在Fluent窗口里会显示力矩的计算结果，totalmoment下对应的轴的值就是所需要的力矩值。负号表示力矩方向与旋转方向相反。P=2430.38×2980×3.14÷30=770572W=770.57kW注：力矩的方向是始终与叶轮的旋转方向相反的，所以设置方向的时候要特别小心。图（48）3）效率效率计算公式η=QHρg/(3600P)/1000=930×255.76×1000×9.8÷(770.57×3600×1000)=0.84=84%4）流量点击Report→SurfaceIntegrals→在ReportType里面选择Volume→Surface下面选择进口平面in→Compute,就会显示，如图（49）图（49）5）速度分布点击Display→Vectors→在Vectorsof中选择要显示的速度类型→在Surfaces中选择要显示的区域→compute→Display通过Scale可以放大速度矢量，通过Skip可以减小速度矢量的显示密度，如图（50）、（51）图（50）图（51）选择叶片边界和叶轮流道区域显示叶轮的速度分布，如图（52）、（52）、（53）图（52）图（53）图（53）6）压力分布点击Display→Contours→在Options下勾选Filled→在Contoursof的第二项里面选择TotalPressure，如图（54）→在Surfaces中选择要显示的区域→Compute→Display，如图（55）图（54）图（55）图（56）叶片压力分布图（57）流线图