二維離心泵流動(dòng)模擬上機(jī)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)十一二維離心泵流動(dòng)模擬一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理研究如圖所示的二維離心泵，該泵由旋轉(zhuǎn)的葉輪和靜止的蝸殼兩部分構(gòu)成。 流體從葉輪中央的圓形進(jìn)口沿徑向均勻進(jìn)入葉輪，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的葉片作用后，得 到能量，從蝸殼出口排出。已知葉輪的葉片數(shù)為6,葉輪進(jìn)、出口直徑分別為 120mm和220mm，葉片進(jìn)口安放角（葉片與圓周方向夾角）和出口安放角分別 為2。和25，葉片厚度為3mm。蝸殼隔舌角 （葉輪中心至蝸殼螺旋線起點(diǎn) 的連線與水平夾角）為35。，出口段擴(kuò)散角為8。圖表1二維離心泵示意圖圖表2 UG NX所繪二維離心泵三、實(shí)驗(yàn)步驟1、利用Gambit對(duì)計(jì)算區(qū)域離散化和指定邊界條件類型步驟1：導(dǎo)入幾何模型生成幾

2、何模型的方式有許多種，如Autocad， Pro/E，UG NX等，Gambit也自帶簡單的繪圖功能，在這里UGNX繪圖。如下圖，我們將會(huì)給出繪圖文件。在UG NX繪完圖后，需將結(jié)果導(dǎo)出以便Gambit使用，這里導(dǎo)出為Parasolid， 生成后綴名為x_t的文件。因?yàn)橛幸曨l教程，在這里主要寫一下主要內(nèi)容：在Gambit中選擇File/Import/Parasolid命令，選取先前生成的文件11.x_t，則 二維離心泵模型被裝入到Gambit。結(jié)果如圖:圖表3導(dǎo)入到Gambit的二維離心泵幾何模型步驟2：網(wǎng)格劃分為了對(duì)幾何區(qū)域劃分網(wǎng)格，單擊Operation / Mesh / Face / M

3、esh Face按鈕，彈 出如圖所示的Mesh Faces對(duì)話框。在Faces列表框中選取蝸殼區(qū)域，在Elements 列表框中選擇Tri（三角形單元），在Type列表框中選拌Pave（非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格），選中 Scheme命令組中的Apply復(fù)選框，然后，從Spacing區(qū)域的列表框中選擇I nterval Size（指定網(wǎng)格間隔），在文本框中輸入10，選中該區(qū)域中的Apply復(fù)選框，最后 選中O ptions區(qū)域中的Mesh復(fù)選框，單擊Apply按鈕，則生成蝸殼內(nèi)流體區(qū)域的 網(wǎng)格。圖表4 Mesh Faces對(duì)話框重復(fù)上述命令，從Faces列表框中選取葉輪區(qū)域，在Spacing文木框中輸入 “8

4、,則可生成轉(zhuǎn)輪內(nèi)流體區(qū)域網(wǎng)格。離心泵的網(wǎng)格結(jié)果如圖所示。圖表5二維離心泵網(wǎng)格步驟3：邊界條件類型的指定(1)指定邊界類型單擊 Operation / Zones / Specify Boundary Types按鈕，彈出 SpecifyBoundary Types對(duì)話框在對(duì)話框中，進(jìn)行如下操作：將Type欄選為Velocity_inlet，在Entity欄選取Edges，并選中葉輪進(jìn)口圓作 進(jìn)口邊界。 將Type欄選為Outflow，在Entity欄選取Edges，并選中渦殼出口邊作為出口 邊界。 將Type欄選為Wall，在Entity欄選取Edges，并選中組成6個(gè)葉片的所有邊作 為壁面邊

5、界1. 將Type欄選為Wall，在Entity欄選取Edges，并選中葉輪出口作為壁面邊界2(該壁面將在FLUENT的邊界條件的指定中改為interior類型)。 將Type欄選為Wall，在Entity欄選取Edges，并選中除出口邊外的組成渦殼的 所有邊，作為壁面邊界3。圖表 6 Specify Boundary Types對(duì)話框圖表 7 Specify Continuum Types對(duì)話框(2)設(shè)定區(qū)域類型單 擊 Operation/Zones/Specify Continuum Types 按 鈕。彈 出 Specify Continuum Types對(duì)話框，該對(duì)話框用于指定區(qū)域類。

6、在Type欄選擇FLUID，在Entity欄選擇Faces，并選中代表葉輪流體的面作 為流動(dòng)區(qū)域1。在確認(rèn)對(duì)話框域上方的Add復(fù)選框選中的前提下，單擊Apply按 鈕。在Type欄選擇FLUID，在Entity欄選擇Faces，并選中代表渦殼流體的面作 為流動(dòng)區(qū)域2。最后，選擇File / Export / Mesh命令，給定文件名(如11.msh)，并選中Export 2D Mesh復(fù)選框，可將上述網(wǎng)格存盤。2.利用Fluent求解器進(jìn)行求解步驟1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示等選擇File一Read一Case將網(wǎng)格導(dǎo)入，選擇Display一Grid，顯示網(wǎng)格，如圖:圖表8 Fluent中的網(wǎng)

7、格顯示選擇File一Check對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行檢查，這里要注意最小的網(wǎng)格體積(minimum volume)值一定要大于 0。網(wǎng)格按比例縮放。在GAMBIT中，生成網(wǎng)格使用的單位是mm,在FLUENT 中默認(rèn)單位是m,需要縮放。為此，選擇Grid / Scale命令，在彈出的Scale Grid 對(duì)話框中，在Grid Was Created In下拉菜單中，選取mm，然后單擊Scale按鈕。選擇角速度單位。這主要是為了后續(xù)定義轉(zhuǎn)動(dòng)參考系作準(zhǔn)備。為此，選擇Define/units命令，在打開的Set Units對(duì)話框的Quantities下拉列表中選擇 angular-velocity，在U ni

8、ts 下拉列表中選擇 rpm。步驟2：選擇計(jì)算模型按下述過程選擇求解器的格式與計(jì)算模型，并設(shè)置運(yùn)行環(huán)境：(1)選擇求解器。選擇Define/Models/Solver命令，彈出圖所示的Solver對(duì)話框。在Salver選項(xiàng)組中選擇Segregated (分離式求解器)，在Space選項(xiàng)組中選擇2D （二維問題），在Time選項(xiàng)組中選擇Steady （穩(wěn)態(tài)流動(dòng)），其他用默認(rèn)值?？?Solver（2）設(shè)置運(yùn)行環(huán)境。選擇Define/Operating Conditions命令，彈出圖7.G所示 的Operating Conditions對(duì)話框。保持FLUENT默認(rèn)的參考?jí)毫χ担ㄒ粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣 壓）和

9、零參考?jí)毫Φ奈恢茫x中Grav ity復(fù)選框，表示計(jì)及秉力，并在Y一欄輸 入“-9.81 。(4)設(shè)置湍流模型。選擇Define/Models/Viscous命令，彈出Viscous Model對(duì) 話框，如圖所示。保留圖所示的默認(rèn)設(shè)置，即表示選擇標(biāo)準(zhǔn)虹模型，模型的系 數(shù)均用默認(rèn)值。步驟3：定義物理性質(zhì)本例中流動(dòng)介質(zhì)為水，F(xiàn)LUENT材料數(shù)據(jù)庫中已包含water liquid這一介質(zhì)， 因此，直接復(fù)制即可。為此，選擇Define/Materials命令，彈出Materials對(duì)話框， 單擊Database按鈕，打開FLUENT材料數(shù)據(jù)庫，在新對(duì)話框的Fluid Materials下 拉列表中選擇

10、wafer-1iquid，單擊Copy按鈕。單擊Close按鈕關(guān)閉Materials對(duì)話樞。步驟4：設(shè)置邊界條件拉下述過程設(shè)置邊界條件：將兩個(gè)流體區(qū)域的交界面從wall改為interior類型。FLUENT將彈出一 個(gè)提示框，點(diǎn)擊Yes按鈕，F(xiàn)LUENT會(huì)自動(dòng)將wall面和其shadow面合并為interior 類型。內(nèi)部區(qū)域定義轉(zhuǎn)動(dòng)參考系。為此，選擇Define/ Boundary Conditions命 令，打開Boundary Conditions對(duì)話框，然后按下述過程操作：在Material Name下拉列表中，選擇Water-liquid，保持Rotation-Axis origin

11、 的默認(rèn)值(0,0),該點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)區(qū)域圓形邊界的曲率中心。在Motion Type下拉列表 中，選擇Moving Reference Frame，下拉滾動(dòng)條，將Rotational Velocity設(shè)為 -1470rprn。單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。（3）按類似辦法，為另一個(gè)Fluid區(qū)域（外部的）選擇流動(dòng)介質(zhì)為Water-liquid, 其他參數(shù)使用默認(rèn)值。注意該區(qū)域不是轉(zhuǎn)動(dòng)參考系。（4）設(shè)置進(jìn)口邊界。將進(jìn)日Inlet設(shè)為velocity-inlet（速度進(jìn)口邊界條件），在 Velocity Inlet對(duì)話框的Velocity Magnitude文本框中輸入“2.2” m/s （取自已知 條件）

12、。（5）設(shè)置出口邊界。將出口Outlet設(shè)為Outflow（出流邊界條件），參數(shù)使用默 認(rèn)值。（6）定義代表葉片的壁血區(qū)域相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)流體區(qū)域的轉(zhuǎn)動(dòng)速度（注意內(nèi)部流 體區(qū)域被指定為轉(zhuǎn)動(dòng)參考系）。為此，按下述過程進(jìn)行：在Boundary Conditions對(duì)話框中單擊wall_ 1然后單擊Set按鈕，啟動(dòng)Wall 對(duì)話框。在Momenturn選項(xiàng)中，選中Moving Wall。展開后的對(duì)話框?qū)@示運(yùn)動(dòng)參 數(shù)。在 Motion 選項(xiàng)組中，選擇 Relative to Adjacent Cell done 和 Rotational o將速度（相對(duì)值）Speed設(shè)為0 rad/s，即葉片壁而相對(duì)于fl

13、uid轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域的速 度為完成后，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的原點(diǎn)（Rotation-Axis origin）將位于（0，0），這樣，葉片將隨周圍流體起同速轉(zhuǎn)動(dòng)。步驟5：求解設(shè)置過程如下：（1）選擇求解控制參數(shù)。選擇Solve / Controls/Solution命令，彈出Solution Controls對(duì)話框。在D iscretization選項(xiàng)組中，對(duì)速度與速度與壓力禍合方式，選 擇 SIMPLEC，對(duì) Momentum（動(dòng)量）.Turbulence Kinetic Energy（湍動(dòng)能）和 Turbulence Dissipation Rate（耗散率），均選擇Second order Upwind（二階

14、迎風(fēng)各 式），其余用默認(rèn)值。(2)啟動(dòng)繪制殘差功能。選擇 Solve/Monitors/Residual 命令，彈出 residual Monitors 對(duì)話框。在options選項(xiàng)組中，選中Plot復(fù)選框，其余用默認(rèn)值。(3)用進(jìn)口的流動(dòng)初始條件初始化整個(gè)流場的解。選擇 Solve/Initialize/Initialize命令，彈出 Solution Initialization對(duì)話框。在Compute From 下拉中選擇inlet，在Reference Frame組合框中，選擇Absolute o保存設(shè)置文件。選擇File/Write/base命令，將當(dāng)前設(shè)置保存到案例文件。啟動(dòng)迭代計(jì)算。選擇Solve/ Iterate命令，彈出I terate對(duì)話框，設(shè)置迭代次 數(shù)為400，其余用默認(rèn)值。單擊Iterate，迭代開始。步驟6：保存結(jié)果選擇FileWriteCase &