ANSYS提供了一系列用于旋转机械的工具。本案例利用Workbench中的相关工具设计离心泵结构。

1

Vista CPD设计计算

• 启动Workbench，拖拽Vista CPD模块到工程窗口中

• 双击A2单元格进入参数设置对话框

• 进入Operating Conditions标签页，设置Rotational speed为2000

• 切换至Geometry标签页，设置Dhub/Dshaft为2

• 点击按钮Calculate进行设计计算

可查看计算结果。

叶片草图如下图所示。

效率曲线如下图所示。

• 关闭模块返回至Workbench

2

Bladegen叶片设计

• 右键选择A2单元格，选择弹出菜单项Create New → BladeGen添加新模块

添加模块后工程窗口如下图所示。

• 双击B2单元格进入BladeGen模块，点击3D View工具按钮，如下图所示。

可以以3D形式查看生成的离心泵几何，如下图所示。

在BladeGen中可以对离心泵结构进行修改设计。后续教程会详细描述BladeGen的使用方法。本案例的目的是描述流程。

• 关闭BladeGen，返回至Workbench中，右键选择B2单元格，选择弹出菜单项Preperties

• 在弹出的属性窗口中，激活选项Create Hub

3

生成网格

• 右键选择B2单元格，选择菜单项Create New Blade CFD Mesh，软件会自动调用ANSYS Mesh进行网格划分

网格划分完毕后的数据连接形式如下图所示。

有时候会弹出错误，可能是由于license引起，采用以下方式解决：

• Workbench中选择菜单项Tools → License Preferences，在license管理器中，切换到Geometry标签页，确保ANSYS BladeModeler位于DesignModeler的上面，如果不是在上面的话，通过右侧的Move up移动其位置

• 双击C3单元格进入Mesh模块查看生成的网格

软件自动切割出了周期结构，如下图所示。

生成的网格如下图所示。

此流程中使用的是Mesh自动生成的四面体网格，更专业的做法是利用TurboGrid生成全六面体网格。后续教程中会有关于TurboGrid的案例。

4

 CFX设置

将生成的网格导入至CFX中进行求解计算。

• workbench工程窗口中，右键选择C3单元格，选择菜单项Transfer Data To New→CFX，添加CFX模块

添加模块后的流程结构如下图所示。

• 右键选择C3单元格，选择菜单项Update更新网格

• 双击D2单元格，进入CFX

• 选择菜单Tools → Turbo Mode…进入turbo模式

• 导航窗口中设置Machine Type为Pump，设置Rotation Axis为Z，设置Analysis Type为Steady State，点击Next按钮进入下一步

• 选中R1，设置Type为Rotating，设置Value为2000，点击Next按钮进入Physics Definition对话框

• 在Physics Definition对话框中，设置Fluid为Water，设置Reference Pressure为1 [atm]

• 设置Inflow/Outflow Boundary Templates为P-Total Inlet Mass Flow Outlet

• 设置P-Total为0 [atm]，设置Mass Flow Rate为12.96 kg/s

• 激活选项Solver Parameters，设置Convergence Control为Physical Timescale，设置Physical Timescale为0.005 s，点击Next按钮进入下一步

注：这里的质量流量是从Vista CPD中计算得到的。Physical Timescale是通过角速度计算得到的，通常选择为旋转1弧度所需要的时间

• 选择默认的接口定义，软件已经定义好了周期对应关系，点击Next按钮进入下一步

• 在Boudnary Definition中，仔细检查各边界的定义是否正确，点击Next进入下一步

• 点击Finish按钮结束定义

• 关闭CFX界面返回至Workbench中

• 右键点击D3单元格，选择菜单项Edit…，自动打开CFX Solver Manager，并弹出Defin Run对话框

• 选择激活Double Precision，并设置Run Mode为Intel MPI Local Parallel，设置Partitions为10，采用10个CPU进行计算，点击按钮Star Run进行计算

CFX计算收敛比较快，本案例大约经过90步计算收敛到1e-4。

5

后处理

CFD-Post针对旋转机械提供了特别的方法。

• Workbench中双击D4单元格进入CFD-Post

• 切换到Turbo标签页，点击按钮Initialize All Components

• 点击工具栏按钮Location，选择Turbo Surface插入新的面，以默认名称命名

• 属性Geometry标签页中，设置Method为Constant Span，并设置Value为0.5

• 切换至Color标签页，设置Mode为Variable，选择Variable为Pressure，设置Range为Local，点击Apply显示中面上压力分布

压力分布如图所示。

更多关于turbo后处理内容，以后再慢慢聊，今天的案例到此结束。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道