二维离心泵流动模拟上机指导书(fluent)

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和，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 ，出口段扩散角为。 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UG NX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 /

3、 Mesh 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Interval 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Options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 Specify Boundary Types对话框在对话框中，进行如下操作：l 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。l 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。l 将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中组成6个叶片

5、的所有边作为壁面边界1.l 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）。l 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

6、对话框用于指定区域类。l 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。l 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FileReadCase将网格导入，选择DisplayGrid，显示网

7、格，如图：图表 8 Fluent中的网格显示选择FileCheck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a

8、ngular-velocity，在Units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。 (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（

9、一个标准大气压）和零参考压力的位置，选中Gravity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k-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 Mate

10、rials下拉列表中选择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：（1）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。（2）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Ro

11、tation-Axis origin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.

12、2” m/s（取自已知条件)。 (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

13、而相对于fluid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Discretization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 Upwin

14、d（二阶迎风各式），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。(4)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。(5)启动迭代计算。选择Solve/ Iterate命令，弹出I