CFD计算步骤

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1、 1 一、 CFD 建模 建模和正常建模不同，我们只要流道部分。一般先建叶轮和进风口， 不要轴孔部分，尽量简化模型。见下图。轴盘后端面从机内后侧板内 部算起。倒角部分尽量去掉。 上图完成后，以后端轴盘为面画机壳草图，然后拉伸草图，高度为机 壳内部高度尺寸（不带板厚的尺寸） ，合并结果选项不得选中，见下 图红色箭头。如果是机翼形叶片，内部画成实体，小的棱角圆角能简 化的就简化，以免画网格时出问题。 2 点击（插入-特征-）组合按钮。见下图。选中删减。主要实体选择刚 才拉伸的机壳。要组合的实体选择内部的叶轮和进风口。因叶轮进风 是在内部，看不见，选择方法是右键-选择其他，在弹出的对话框中 选择即可

2、。 以上步骤完成后，要对几何体进行分割，分成机壳，叶轮，进风口三 3 部分。 分割：以机壳后侧板为面画圆，直径比叶轮大即可（不能太小，不然 不容易画网格） 。在特征中点击拉伸曲面（两面拉伸） ，点击分割按钮 （在插入-特征下拉箭头里） 。剪裁工具选刚才拉伸的曲面。点击切除 零件。所产生的实体机壳打勾，点击对号。 隐藏刚才的曲面。 分割叶轮和进风口，建立基准面，见下图，可以以进风口的边缘线做 参考，或者机壳内部的进风口和叶轮是一体，不分割。 4 下分割进风口和叶轮。把机壳那部分隐藏。成下面的效果。 再点击分割按钮分割叶轮和进风口。见下图，剪裁工具选刚才建 5 的基准面。 点击切除零件， 所产生的

3、实体中， 把进风口部分打勾即可， 然后点击上面的对号。也可以把进风口外面那部分圆环分割出来（和 进风口一样 打钩） ，和机壳做成一体，具体方法是点击组合按钮，操 作类型选择添加，把要做成一体的俩个件选上即可。 再把刚才隐藏的机壳显示出来，方法，右键分割 1，选择隐藏， 再右键分割 1，点击显示。就都显示完整了。 进口加一段管道，模拟进气条件。一般直径是进风口的 2 倍，长 度是机壳宽度的 3 倍。画草图见下图， 6 该段管道可以和进风口做为一个整体，具体操作见下图，特征范 围选择时，点击进风口的面就可以把进口圆筒和进风口做成一体。 模型建好了，保存 x-t 格式就可以了。下面就是计算了。 7

4、二、 画网格 1、打开 ICEM CFD 程序 2、 选择工作目录： 点击 filechange working dir 选择一个工作目录 （目 录应该是英文的，不然无法识别） 。 3、导入几何体： fileimport geometryparasolid 双击.x-t 格式三维 文件。 在units下文件选择millimeter 点击 apply 即可。导入后是一些轮廓线，点击 8 就可以显示几何体. 4、定义面：一般分不同区域单独划分网格，不需要的删除（比如离 心风机包含，机壳，叶轮，进风口三部分，导入的时候，这三部分都 存在，另存一个机壳，叶轮，进风口（名称不得含有汉字）分别保存 画网格

5、，做机壳的时候，叶轮和进风口就可以删除） 。上面的 Parts 显示了机壳，叶轮，进风口三个不同部件，画机壳网格时，把鼠标放 在叶轮和进风口的 Part 上，右键然后点击 Delate，删除。 定义面的名称：在 part 右键 create part，输入名称，点选择要定义的 面，中建结束选择。 将中对号去掉，这个面就 不显示了，可以再定义其他面。一般进口，接触面，出口都应单独定 义一个面。 较小的面定义在一起，方便画网格。 9 5、画网格 上图中第一个图标是定义全局变量，第三个是定义面网格。点击全局 变 量 ， 出 现 下 面 图 示 对 话 框 ， 输 入 大 小 再点击第 2 个按钮，定

6、义局部变 量， 点击 Apply，然后点击关掉。再点击 mesh 的最后一个按钮计算网格， 10 点击 Computer 接触面，进出口及叶轮网格定义小些，一般 10 左右，叶片 4-8 左右， 小的面定义小点，其余可以大些，20-80 不等，具体自己定。画完后 可以单独看看哪部分网格是不是很顺畅，Parts 下的部分其余对号全 去掉，哪个面有对号，就会显示那部分的网格。见下图。 6、检查网格质量。 【对号】检查网格 【Q】显示网格质量，检查完成后出现下面图示（一般不小于 0.1 就 很好）. 11 如果网格不好或检查某一阶段的网格，点击（小于 0.1 的部分） ，可 以把 Geometry

7、和 Mesh 中的对号都点掉， 再点击按钮就可以显示 不好的网格在哪。 12 网格不好重画时，点击关掉网格（Close Mesh）不保存当前网格。如 果当前网格也想保存，见 7 输出网格，然后再关掉网格，重新画。 7、输出网格 （output） 文件， 先） 文件， 先 select solver 选择求解器 （用选择求解器 （用 cfx 所以选所以选 ansys/cfx） ， 然后点 ） ， 然后点 write input 输出输出 cfx5 文件，见下面文件，见下面 点击 Output，点上图中第一个按钮。在对话框中填写如下： 然 后 点 击 上 上 图 中 的 第 四 个 按 钮 ， 输

8、 出 ， 保 存 ， 13 弹出上图，点击 Done，底框中出现 左图字样即保存完成保，然后关闭软件。再按同样步骤画其他部件网 格。 第二部分 CFX 相关设置 1、 14 打开 CFX，路径改一下，选择 CFX-Pre,选择自己设置的目录。打开 之后再点 New Case 新建,选择通用模板点 OK。 这样就打开了前处理模块。 输入网格。右键 mesh 在 import mesh 选 ICEM.CFD。查找网格。选择 单位 mm ，依次将机壳，叶轮进风口全部导入. 15 2、定义材料，最简便的办法吧 25的空气的密度改成 1.2.点击，右 键 Edit，在弹出的对话框中将密度改成 1.2，然

9、后点击 Apply，-Ok. 3、定义体，Domain点击第一个按钮，可以 把其中的名字改成部件的名字。点击 OK，在弹出的对话框中点击 location 下拉 箭头选择。 机壳按下面定义 16 17 叶轮按下面定义 叶轮定义旋转，转速， 方向按右手定则， 如果和旋转轴 相反，那么转速输入负值（该例-1450） 。 进风口定义和机壳一样。 18 如 果 设 置 错 误 修 改 设 置 ， 双 击 要 修 改 的 Domain修改 4、定义边界条件。在相应的体上右键 Insert?Boundary.如进口、 出口、叶片。一般设质量流量进口、自由出口（压力出口） ，通常 已知流量所以设质量流量进口

10、比较方便，出口相对压力一般设为 如进口、 出口、叶片。一般设质量流量进口、自由出口（压力出口） ，通常 已知流量所以设质量流量进口比较方便，出口相对压力一般设为 0.湍流选项通常选湍流选项通常选 Default（系统默认）（系统默认）. 4.1、定义进口，点击第二个按钮 一般 Domain1,2,3（或者把相应的直接改为 机壳，叶轮，进风口）按机壳叶轮进风口顺序 ，所以进口在 Domain3 上，出口在 Domain1 上，选 3，name 改为 in （进口） 19 位置选择画网格时设置的进口in面 Boundary Details 按下面设置。流量选质量流量，输入大小，单位选 kg/s，湍

11、流 选默认 4.2、定义出口，name 定义 out，位置选择画网格时设置的出口 out 面，边界类型 选自由出口 边界细节按下面选填 20 定义好进出口的模型 4.3、定义叶片，name 写为 balde（叶片） ，具体设置，按下面设置。 边界类型选 Wall，位置（Location）选画网格时定义的叶片的面 21 5、定义接触面，点击最后一个按钮。 ，给接触 面定义个名称，一般机壳和叶轮，叶轮和进风口两个接触面（这些面 在画网格时都是单独定义的） 。 下面是叶轮和机壳的接触面，选择机壳体，选择机壳上与叶轮的接触面 选择叶轮体，选择叶轮上与机壳的接触面 定义成旋转。选择 None 22 叶轮

12、和进风口也按此定义。 定完后可以检查一下是否对。将对号点掉，点击，看显示的是不是对 的面。 6、求解设置。双击 Solve Control 弹出下面对话框 23 最大迭代步数一般设个 3000 步以上，其它如残差等默认设置即可。 7、保存 File?Save cass ? 命名并保存，这是保存成 cfx 文件。双 击可直接打开。如果改了叶轮，只需在此基础上另存一个，重新导入 新叶轮网格，边界面及接触面重新选择一下，就可以了。 8、 输出 .点工具栏的最后一个按钮 Write solver input file， 输出 def 文件。 9、双击刚才保存的.def 文件就可以运算了。计算所需时间由

13、总网格 数目及所用计算机配置决定。 24 可以选择计算用的核数（多核计算机） ，通过控制右边加减号控制核 数 点击 Start run 运 行。 10、运算过程中可以停止，点击下图中红色按钮 STOP，然后 保存即可。 重新运算的时候，如果没有关闭程序，点击重新开始，如果关闭了程 25 序，再双击第 9 条保存的文件。在弹出的对话框中选上 Initial Values Specification。在 File Name 打开刚才保存的文件。点击 Start run 运行即可接着刚才的文件继续运算。 三、后处理 当曲线收敛时计算自动结束。 超过一两千步虽没收敛但曲线比较 平稳时结果也可以参考。打

14、开保存的 res 文件，读出进出口的总 压。出口减进口的即是泵或风机的总压。读叶轮的扭矩即可计算 出轴功率。还可以看流场图，如流线、压力、速度等 26 1、计算结果读取：点击 双击 位置选择进口 里 面 的 对 号 点 掉 。 点 击 calculate 在把位置选择出口，再点击 calculate 27 功率读取， 选择扭矩 位置选择叶片 （就是二中 4.3 中 定义的叶片） 选择旋转轴，看叶轮绕哪个轴 旋转。 然后进出口压差就是全压，计 算出口动压，得静压。 功率计算；Torque ,位置选择叶 片 计算功率 P=*n*N/30 （n 转速 rpm） 根据流量，全压，功率计算效率。 2、查看流线图 Streamline点击 28 开始处从进口开始，显示的线数，可以自己设个数。也可以单 独看机壳和叶轮的流线，看哪个，就选哪个。 看某断面流线，建立面 29 查看改面的流线按下面设置 3、查看云图 30 Pressure 指的是静压。 想看那部分可以自己选择。 3、查看速度矢量图 31 位置可以自己选择，想看那部 分就选择。可以选择箭头类型。