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CFX的流场精确数值模拟教程


cfx 数值模拟教程

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基于 CFX 的离心泵内部流场数值模拟
基于 CFX 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。 一、 CFX 数值计算的完整流程 二、基于 ICEM CFD 的离心泵网格划分 2.1 导入几何模型 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 修整模型 创建实体 创建 PRAT 设置全局参数 划分网格 检查网格质量并光顺网格 导出网格-选择求解器 导出网格

三、CFX-Pre 设置过程 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 基本步骤 新建文件 导入网格 定义模拟类型 创建计算域 指定边界条件 建立交界面

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cfx 数值模拟教程 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 四、 定义求解控制 定义输出控制 写求解器输入文件 定义运行 计算过程

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CFX-Post 后处理 4.1 4.2 4.3 4.4 计算泵的扬程和效率 云图 矢量图 流线图

2.1 导入几何模型
在 ICEM CFD 软件界面内, 单击 File→Imort Geometry→STEP/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3

导入几何模型界面

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cfx 数值模拟教程 2.2 修整模型

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单击 Geometry→Repair Geometry→Build 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4

修整模型界面

2-3 创建实体

单击 Geometry→Creade Body,详细过程如图 5 所示。

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图5

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创建实体界面

2.4

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6

创建 PART 界面

2.5

设置全局参数

在 mesh 选项卡中,单击 Global Mesh Setup,并设置 Max element,如图 7 所示。

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图7

设置全局参数界面

2.6 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。

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图 8 网格划分界面

2.7

检查网格质量并光顺网格

在 Mesh→Edit Mesh 界面中,依次单击图 9 所示图标,检查网格质量并光顺网格。

图9 2.8 导出网格-选择求解器

网格质量检查和光顺

网格质量达到要求后,选择 Output→Solver Setup,设置如图 10 所示。

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图 10 2.9 导出网格

选择求解器界面

选择 Output,将网格文件保存成.CFX5 格式,详细设置如图 11 所示。

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cfx 数值模拟教程 图 11

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导出网格界面

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3.1 基本步骤

CFX-Pre 设置过程

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 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。

图 12

新建文件界面

3.3 导入网格
选择 File→Import→mesh,弹出 Import mesh 对话框,选择相应网格文件即可。

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图 13

导入网格界面

3.4

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。

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图 14

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定义模拟类型界面

3.5

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 15

创建计算域界面

3.6

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 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。

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图 16

指定边界条件界面

3.7

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 17

设置交界面

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cfx 数值模拟教程 3.8 定义求解控制

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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。

3.9

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。

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图 19

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输出控制界面

3.10

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 20

求解器输入文件界面

3.11

定义运行

在 Define Run 对话中,可以添加初始值文件,单击 Start Run,开始计算。

图 21 定义运行界面

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3.12

计算过程

图 22

计算过程界面

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4.1

CFX-Post 后处理
计算泵的扬程和效率

当计算收敛后,进行后处理计算外特性和分析流动特性。 选择 Calculate→Function calculation,计算泵的进出口全压和叶轮的扭矩,带入公示计算泵的扬程和水力效率,如图 23 所示。

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图 23

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函数计算界面

4.2

云图

单击 contour 图标,绘制云图,在 Geometry 页面中设置位置和变量。如图 24 所示

图 24

云图界面 单击 vector 图标,绘制矢量图。如图 25 所示。

4.3 矢量图

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图 25

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矢量图界面

4.4

流线图
单击 Streamline 图标,绘制流线图。如图 26 所示。

图 26

流线图界面

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