【Fluent案例】25：离心泵空化

本案例利用Fluent中的Mixture多相流模型仿真计算离心泵内的空化情况。

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案例描述

本案例j几何如图所示。

离心泵入口总压0.6 MPa，出口静压0.2 MPa，叶轮旋转速度1200 RPM。流体域内介质为液态水，其在当前工作条件下饱和蒸汽压为3540 Pa。

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导入网格

• 启动Fluent，选择Double Precision选项

• 利用菜单File → Import → CGNS → Mesh…打开文件选择对话框，选择网格文件pump fluent cavitacion.cgns

说明：

多相流计算通常需要开启双精度模式。CGNS是一种通用文件格式，可以存储网格和结果数据。

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General设置

• 双击模型树节点General

• 点击右侧面板中的Check按钮检查网格，确保TUI窗口中没有错误或警告信息

• 点击右侧面板按钮Units…弹出单位设置对话框，设置angular-velocity为rpm

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Models设置

• 双击模型树节点Models > Multiphase，弹出多相流模型设置对话框

• 选择Mixture模型，取消选项Slip Velocity，设置Number of Eulerian Phases为2

• 点击OK按钮关闭对话框

• 双击模型树节点Models > Viscous，弹出模型选择对话框，如下图所示，选择SST k-omega模型

• 点击OK按钮关闭对话框

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 Materials设置

从材料库中添加材料water-liquid及water-vapor，材料参数保持默认设置

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Phase设置

• 设置water-liquid为主相，water-vapor为第二相。

• 双击模型树节点Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-1-Primary Phase，弹出主相设置对话框

• 设置Name为water，选择Phase Material为water-liquid

• 点击OK按钮关闭对话框

• 双击模型树节点Models > Multiphase(Mixture) > Phase > phase-2-Secondary-Phase，弹出第二相设置对话框

• 设置Name为vapor，选择Phase Material为water-vapor，其他参数保持默认设置

• 点击OK按钮关闭对话框

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Phase Interaction设置

• 双击模型树节点Model >Multiphase > Phase Interactions，弹出设置对话框

• 设置Number of Mass Transfer Mechanisms为1

• 设置From Phase为water，设置To Phase为vapor

• 选择Mechanism为cavitation弹出空化模型设置对话框

• 弹出的对话框中选择Schnerr-Sauer模型，设置水的饱和蒸气压为3540 Pa

• 点击OK按钮关闭对话框

提示：

Fluent中除了上图所示的两种空化模型外，还隐藏了全空化模型Singhal-et-al Cavitation model，该模型只能在Mixture多相流模型下使用

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Cell Zone Conditions

• 右键选择模型树节点Cell Zone Conditions > solid_1_1_solid，点击菜单项Type → fluid，弹出区域设置对话框

• 激活选项Frame Motion，设置Rotational Velocity为1200 rpm

• 设置Rotation-Axis Direction为（0 0 -1）

• 点击OK按钮关闭对话框

注意：

旋转方向采用右手定则确定

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Boundary Conditions

1. inlet设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > inlet，弹出入口设置对话框

采用如下图所示参数设置

2、outlet设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > outlet，弹出入口设置对话框

采用如下图所示参数设置

3、fijo边界设置

• 设置该边界为绝对静止。

• 双击模型树节点Boundary Conditions > fijo，弹出设置对话框

• 激活选项Moving Wall

• 设置选项Absolute及Rotational，并设置Speed为0

• 点击OK按钮关闭对话框

4、inf边界设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > inf，弹出设置对话框

• 激活选项Moving Wall

• 设置选项Relative to Adjacent Cell Zone及Rotational，并设置Speed为0

• 点击OK按钮关闭对话框

• 其他边界solid_1_1级sup边界采用与inf相同的边界条件，这可以用边界copy来实现

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Operating Conditions设置

• 双击模型树节点Boundary Condtions，点击右侧面板按钮Operating Conditions…

• 弹出的对话框中设置Operating Pressure为0

• 点击OK按钮关闭对话框

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Initialization设置

• 双击模型树节点Initialization，右侧面板中选择初始化方法为Standard Initialization

• 选择Compute from为inlet

• 点击Initialize按钮初始化计算

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Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation

• 右侧面板中设置Number of Iterations为1200

• 点击按钮Calculate开始计算

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后处理

1、查看压力分布

• 鼠标双击模型树节点Results > Graphics > Contours，弹出新建contours对话框

• 激活选项Filled

• 选择Contours of为Pressure及Static Pressure

• 下方surface列表中选择除default_interior-1外的所有表面，点击Save/Display按钮显示压力分布

显示压力分布如图所示。

背面压力分布如图所示。

2、水蒸气分布

• 鼠标双击模型树节点Results > Graphics > Contours，弹出新建contours对话框

• 激活选项Filled

• 选择Contours of为Phases…及Volume fraction，选择Phase为vapor

• 下方surface列表中选择除default_interior-1外的所有表面，点击Save/Display按钮显示压力分布

水蒸气分布如图所示。

可以只显示叶片上水蒸气分布，如图所示。

本案例相关文件：

链接：https://pan.baidu.com/s/1o9mAyoU 密码：w0pr

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道