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1、刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 1 基于基于 CFX 的离心泵内部流场数值模拟的离心泵内部流场数值模拟 随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用 CFX软件的科研人员还较少，所以将 CFX 使用的基本过程加以整理供初学者参考。如有不对之处敬请指教。 1 CFX 数值计算的完整流程数值计算的完整流程 CFX 数值计算的流程如图 1 所示， 分为几何造型， 网格划分、 CFXPre 前处理、 求解计算和 CFX- Post后处理六个部分，其中，几何造型可以应用 Pro/e、UG、Solidworks 等软件，网格划分可以应用 GIMB
2、IT，ICEM CFD 等软件。 图图 1 数值计算流程数值计算流程 2 基于基于 ICEM CFD 的离心泵网格划分的离心泵网格划分 网格划分是数值模拟的一个关键步骤，网格质量直接关系到计算结果的正确性和精度。ICEM- CFD 是当今世界上网格划分的最杰出代表，拥有强大的 CAD 模型修复能力、自动中面抽取、独特的网格“雕塑”技术、网格编辑技术以及广泛的求解器支持能力。提供多种网格类型，包括表面网格、六面体网格、四面体网格、棱柱体网格（边界层网格） 、四面体和六面体混合网格、自动六面体网格、全局自动笛卡尔网格生成器等，在生成网格时，可实现边界层网格自动加密、流场变化剧烈区域网格局部加密、分
3、离流模拟等。网格划分过程如图 2 所示。 图图 2 ICEM CFD 网格划分过程网格划分过程 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 2 2.1 导入几何模型导入几何模型 在 ICEM CFD 软件界面内，单击 FileImort GeometrySTEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP 格式） ，将离心泵造型导入 ICEM，如图 3 所示。 图图 3 导入几何模型界面导入几何模型界面 2.2 修整模型修整模型 单击 GeometryRepair GeometryBuild
4、Topology，设置 Tolerence，然后单击 Apply，如图 4 所示。 拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边， yellow = 单边，red = 双边， blue = 多边， 线条颜色显示的开/关 Model tree Geometry Curves Color by count， Red curves 表示面之间 的间隙在容差之内, 这是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。 图图 4 修整模型界面修整模型界面 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林
5、泵网 江苏大学 FP 工作室创作 3 2.3 创建实体创建实体 单击 GeometryCreade Body，详细过程如图 5 所示。 图图 5 创建实体界面创建实体界面 2.4 创建创建 PRAT 创建 PART，是为了设置边界时使用，在模型树中，右键点击 Part，在出现菜单中选择 Create Part。以 此创建各个部件的 part，如图 6 所示。 图图 6 创建创建 PART 界面界面 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 4 2.5 设置全局参数设置全局参数 在 mesh
6、选项卡中，单击 Global Mesh Setup，并设置 Max element，如图 7 所示。 图图 7 设置全局参数界面设置全局参数界面 2.6 划分网格划分网格 对各个部件进行网格划分，单击 Compute Mesh 图标，选择网格类型和算法，然后划分网格。具体如 图 8 所示。 图图 8 网格划分界面网格划分界面 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 5 2.7 检查网格质量并光顺网格检查网格质量并光顺网格 在 MeshEdit Mesh 界面中，依次单击图 9 所示图标，检查
7、网格质量并光顺网格。 图图 9 网格质量检查和光顺网格质量检查和光顺 2.8 导出网格选择求解器导出网格选择求解器 网格质量达到要求后，选择 OutputSolver Setup，设置如图 10 所示。 图图 10 选择求解器界面选择求解器界面 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 6 2.9 导出网格导出网格 选择 Output，将网格文件保存成.CFX5 格式，详细设置如图 11 所示。 图图 11 导出网格界面导出网格界面 3 CFX- Pre 设置过程设置过程 3.1 基本步骤基本
8、步骤 新建文件导入网格（Import Mesh） 定义模拟类型（Simulation Type） 创建计算域（Domain） 指定边界条件（Boundary Condition） 指定交界面（Domain Interface） 给出初始条件（Initial Conditions） 定义求解控制（Solver Control） 定义输出数据（Output File & Monitor Points） 写入 定义文件（.def File）并求解 3.2 新建文件新建文件 打开 CFX- Pre 界面，在工具栏中单击“新建文件” ，弹出 New Case 对话框，选择 General，详见图 12。
9、 图图 12 新建文件界面新建文件界面 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 7 3.3 导入网格导入网格 选择 FileImportmesh，弹出 Import mesh 对话框，选择相应网格文件即可。 图图 13 导入网格界面导入网格界面 3.4 定义模拟类型定义模拟类型 如图 14 所示，单击 Analysis Type 图标，在 Option 中选择 Steady state 或者 transient。 图图 14 定义模拟类型界面定义模拟类型界面 PDF 文件使用 “pdfFac
10、tory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 8 3.5 创建计算域创建计算域 单击 domain 图标， 在弹出的 Insert Domain 中输入计算域名称， 离心泵计算分为 4 个计算区域。 在 Basic Settings 中选择材料，参考压力，是否转动，在 Fluid Models 页面中设置湍流模型和热传递，详见图 15。 图图 15 创建计算域界面创建计算域界面 3.6 指定边界条件指定边界条件 单击 Boundary 图标，选择计算域，在 Basic Settings 中选择边界类型和位置，在 Boundary
11、 Details 中 设置相应物理量值。离心泵模拟中边界条件一般选择压力进口和流量出口或者流量进口压力出口。 图图 16 指定边界条件界面指定边界条件界面 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 9 3.7 建立交界面建立交界面 单击 Domain Interface 图标，创建交界面，离心泵模拟中有三对交界面，进口和叶轮，叶轮和蜗壳、 蜗壳和出口延长段，前两对交界面类型一般选择 Frozen Rotor。详细信息如图 17 所示。 图图 17 设置交界面设置交界面 3.8 定义求解控制定义
12、求解控制 单击 Sovle Control，在 Basic Settings 中对差分格式，收敛精度等进行设置。详见图 18。 图图 18 求解控制界面求解控制界面 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 刘厚林泵网 江苏大学 FP 工作室创作 10 3.9 定义输出控制定义输出控制 单击 Output control，可以设置监控点，详见图 19，离心泵一般设置进出口压力监测。 图图 19 输出控制界面输出控制界面 3.10 写求解器输入文件写求解器输入文件 单击 Define run 按钮，弹出如图 20 所示对话框，定义文件名称，单击 Save。启动 CFX- Solve。 图图 20 求解器输入文件界面求
