本案例利用Fluent中动参考系模型计算离心泵内部流场。

1 问题描述

本案例就是离心泵内部稳态流动，其工作介质为水，不考虑其可压缩性。指定泵的转速及其他流动工况，获取操作条件下泵的扬程。

案例几何利用Bladegen生成，采用TurboGrid生成计算网格，取一个周期结构进行计算。工作流程如下图所示。

注：此类旋转机械问题，利用CFX进行计算更方便。

2 Fluent设置

2.1 General设置

• 进入General面板，修改角速度单位为rpm

• 将3个流体区域合并成1个计算区域

注：本案例是单参考系模型，只需要一个计算域

• 创建周期结构

TUI窗框中输入命令mesh/modify-zones/make-periodic创建周期结构

• 如下图所示创建周期边界

• 相同方式创建周期边界

2.2 Models设置

• 采用SST k-omega湍流模型

2.3 Materials设置

• 添加材料介质water-liquid

2.4 Cell Zone Conditions设置

• 指定流体计算区域的材料介质为water_liquid

• 激活选项Frame Motion，并指定其旋转速度为2000 rpm

注：注意设置旋转轴与旋转方向

2.5 边界条件指定

1、blade边界设置

• 指定边界blade为Moving Wall，并指定其与相邻网格区域相对静止，如下图所示

2、其他壁面设置

• 同时选中inblock-hub, inblock-shroud, outblock-hub, outblock-shroud, passage-hub 、passage-shroud，点击弹出菜单项Multi Edit…

• 如下图所示设置这些面与相邻边界的相对转速为0

3、inblock-inflow设置

• 修改其边界类型为pressure-inlet

• 指定Gauge Total Pressure为0

注：本案例设置入口总压为0，并设置出口质量流量，以此来计算泵的增压量。

4、outblock-outflow设置

• 修改边界类型为mass-flow-outlet

• 指定出口流量为12.96 kg/s

2.6 Methods

• 如下图所示指定求解算法

2.7 定义监测

• 监测出口静压

2.8 初始化

• 先进行Hybrid Initialization初始化

• 采用TUI命令进行FMG初始化

solve/initialize/fmg-initialization

2.9 迭代计算

• 如下图所示迭代计算2000步

3 计算结果

• 出口监测的压力

3.1 进入CFD-Post

• 双击E2单元格进入CFD-Post

3.2 初始化Turbo

• 进入Turbo标签页，如下图所示右键选择节点inlet，点击弹出菜单项Edit…打开设置面板

• 如下图所示指定旋转机械的各部分组成

• 进入Instancing标签页，如下图所示设置参数，点击按钮Initialize完成初始化

3.4 3D View

• 双击节点3D View弹出设置面板，如下图所示选择参数

• 图形窗口显示3D几何模型

3.5 Blade-to-Blade设置

• 双击节点Blade-to-Blade打开设置面板

• 如下图所示设置参数，点击Apply按钮

• 显示压力云图，如下图所示

• 相同方式显示Span=0.75位置的速度矢量，如下图所示设置参数

• 矢量显示如下图所示

3.6 Meridional

• 双击节点Meridional，如下图所示设置参数

• 压力云图如下图所示

3.2 Turbo Charts

• 双击节点Blade Loading，设置Span=0.25，点击Apply按钮可查看叶片压力分布

• 周向速度分布

• 轮毂到机壳之间的压力分布

• 进出口之间压力分布

3.3 Turbo 3D显示

• 创建Turbo Surface

• 如下图所示创建

• 新建表达式

• 计算压力水头

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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道