CFX的流場(chǎng)精確數(shù)值模擬教程

1、基于CFX的離心泵內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬基于CFX的離心泵內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬隨著計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，泵內(nèi)部的流動(dòng)特征成為熱點(diǎn)研究方向，目前應(yīng)用CFX軟件的科研人員還較少，所以將CFX使用的基本過(guò)程加以整理供初學(xué)者參考。如有不對(duì)之處敬請(qǐng)指教。一、 CFX數(shù)值計(jì)算的完整流程二、基于ICEM CFD的離心泵網(wǎng)格劃分 2.1 導(dǎo)入幾何模型 2.2 修整模型 2.3 創(chuàng)建實(shí)體 2.4 創(chuàng)建PRAT 2.5 設(shè)置全局參數(shù) 2.6 劃分網(wǎng)格 2.7 檢查網(wǎng)格質(zhì)量并光順網(wǎng)格 2.8 導(dǎo)出網(wǎng)格選擇求解器 2.9 導(dǎo)出網(wǎng)格三、CFX-Pre 設(shè)置過(guò)程 3.1 基本步驟 3.2 新建文件 3.3 導(dǎo)入網(wǎng)格

2、3.4 定義模擬類型 3.5 創(chuàng)建計(jì)算域 3.6 指定邊界條件 3.7 建立交界面 3.8 定義求解控制 3.9 定義輸出控制 3.10 寫求解器輸入文件 3.11 定義運(yùn)行 3.12 計(jì)算過(guò)程四、 CFX-Post后處理 4.1 計(jì)算泵的揚(yáng)程和效率 4.2 云圖 4.3 矢量圖 4.4 流線圖2.1 導(dǎo)入幾何模型在ICEM CFD軟件界面內(nèi)，單擊FileImort GeometrySTEP/IGES（一般將離心泵裝配文件保存成STEP格式），將離心泵造型導(dǎo)入ICEM，如圖3所示。圖3  導(dǎo)入幾何模型界面2.2  修整模型單擊 GeometryRepair Geo

3、metryBuild Topology，設(shè)置Tolerence，然后單擊Apply，如圖4所示。拓?fù)浞治龊笊傻那€顏色指示鄰近表面的關(guān)系：green = 自由邊， yellow = 單邊，red = 雙邊， blue =多邊，線條顏色顯示的開(kāi)/關(guān) Model tree Geometry Curves Color by count，Red curves 表示面之間的間隙在容差之內(nèi), 這是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修補(bǔ)的幾何。圖4  修整模型界面2-3 創(chuàng)建實(shí)體 單擊 GeometryCreade Body，詳細(xì)過(guò)程如圖5所示。圖5  創(chuàng)建實(shí)體界

4、面2.4  創(chuàng)建PRAT創(chuàng)建PART，是為了設(shè)置邊界時(shí)使用，在模型樹(shù)中，右鍵點(diǎn)擊Part，在出現(xiàn)菜單中選擇Create Part。以此創(chuàng)建各個(gè)部件的part，如圖6所示。圖6  創(chuàng)建PART界面2.5  設(shè)置全局參數(shù)在mesh選項(xiàng)卡中，單擊Global Mesh Setup，并設(shè)置Max element，如圖7所示。圖7  設(shè)置全局參數(shù)界面2.6 劃分網(wǎng)格對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單擊Compute Mesh圖標(biāo)，選擇網(wǎng)格類型和算法，然后劃分網(wǎng)格。具體如圖8所示。 圖8  網(wǎng)格劃分界面 2.7  檢查網(wǎng)格質(zhì)量并光順網(wǎng)格在Mes

5、hEdit Mesh界面中，依次單擊圖9所示圖標(biāo)，檢查網(wǎng)格質(zhì)量并光順網(wǎng)格。圖9  網(wǎng)格質(zhì)量檢查和光順2.8    導(dǎo)出網(wǎng)格選擇求解器網(wǎng)格質(zhì)量達(dá)到要求后，選擇OutputSolver Setup，設(shè)置如圖10所示。圖10  選擇求解器界面2.9  導(dǎo)出網(wǎng)格選擇Output，將網(wǎng)格文件保存成.CFX5格式，詳細(xì)設(shè)置如圖11所示。圖11  導(dǎo)出網(wǎng)格界面3  CFX-Pre 設(shè)置過(guò)程3.1 基本步驟新建文件導(dǎo)入網(wǎng)格（Import Mesh） 定義模擬類型（Simulation Type） 創(chuàng)建計(jì)算域（Domain） 指定邊

6、界條件（Boundary Condition） 指定交界面（Domain Interface） 給出初始條件（Initial Conditions） 定義求解控制（Solver Control） 定義輸出數(shù)據(jù)（Output File & Monitor Points） 寫入定義文件（.def File）并求解。 3.2 新建文件打開(kāi)CFX-Pre界面，在工具欄中單擊“新建文件”，彈出New Case 對(duì)話框，選擇General，詳見(jiàn)圖12。圖12  新建文件界面3.3導(dǎo)入網(wǎng)格選擇FileImportmesh，彈出Import mesh 對(duì)話框，選擇相應(yīng)網(wǎng)格文件即可。

7、圖13  導(dǎo)入網(wǎng)格界面3.4  定義模擬類型    如圖14所示，單擊Analysis Type 圖標(biāo)，在Option中選擇Steady state 或者transient。圖14  定義模擬類型界面3.5  創(chuàng)建計(jì)算域單擊domain圖標(biāo)，在彈出的Insert Domain中輸入計(jì)算域名稱，離心泵計(jì)算分為4個(gè)計(jì)算區(qū)域。在Basic Settings中選擇材料，參考?jí)毫?，是否轉(zhuǎn)動(dòng)，在Fluid Models頁(yè)面中設(shè)置湍流模型和熱傳遞，詳見(jiàn)圖15。 圖15  創(chuàng)建計(jì)算域界面 3.6  指定邊界條件

8、單擊Boundary 圖標(biāo)，選擇計(jì)算域，在Basic Settings中選擇邊界類型和位置，在Boundary Details中設(shè)置相應(yīng)物理量值。離心泵模擬中邊界條件一般選擇壓力進(jìn)口和流量出口或者流量進(jìn)口壓力出口。圖16  指定邊界條件界面3.7        建立交界面單擊Domain Interface圖標(biāo)，創(chuàng)建交界面，離心泵模擬中有三對(duì)交界面，進(jìn)口和葉輪，葉輪和蝸殼、蝸殼和出口延長(zhǎng)段，前兩對(duì)交界面類型一般選擇Frozen Rotor。詳細(xì)信息如圖17所示。圖17  設(shè)置交界面3.8  定義

9、求解控制單擊Sovle Control，在Basic Settings中對(duì)差分格式，收斂精度等進(jìn)行設(shè)置。詳見(jiàn)圖18。3.9    定義輸出控制單擊 Output control，可以設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，詳見(jiàn)圖19，離心泵一般設(shè)置進(jìn)出口壓力監(jiān)測(cè)。圖19  輸出控制界面3.10  寫求解器輸入文件單擊Define run 按鈕，彈出如圖20所示對(duì)話框，定義文件名稱，單擊Save。啟動(dòng)CFX-Solve。圖20  求解器輸入文件界面 3.11  定義運(yùn)行    在Define Run對(duì)話中，可以添加

10、初始值文件，單擊Start Run，開(kāi)始計(jì)算。圖21   定義運(yùn)行界面3.12  計(jì)算過(guò)程圖22   計(jì)算過(guò)程界面4  CFX-Post后處理當(dāng)計(jì)算收斂后，進(jìn)行后處理計(jì)算外特性和分析流動(dòng)特性。4.1    計(jì)算泵的揚(yáng)程和效率選擇CalculateFunction calculation，計(jì)算泵的進(jìn)出口全壓和葉輪的扭矩，帶入公示計(jì)算泵的揚(yáng)程和水力效率，如圖23所示。圖23   函數(shù)計(jì)算界面4.2  云圖單擊contour圖標(biāo)，繪制云圖，在Geometry頁(yè)面中設(shè)置位置和變量。如圖24所示 圖24&#