一、案例背景

空化是液體中出現局部低壓產生空泡的現象，比如螺旋槳、水泵等空化會造成金屬腐蝕。通過本案例模擬，將定性地看到具有翼型截面的水泵葉片高速運動時，表面出現的低壓空泡區域。

本案例需要的輸入文件和參數信息如下表：

圖1  網格模型

二、 網格處理

1. 新建工程

a. 啟動AICFD 2024R1；

圖2  AICFD窗口

b. 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。

圖3 新建工程

 三、網格劃分

a. 單擊菜單欄 網格> 導入體網格 ，導入外部生成的計算域網格文件；計算域是一個薄片，用準二維模擬三維。網格中間空的部分是翼型，周圍是流體域；

圖4  網格導入

 

四、求解設置

1. 求解模型設置

a. 設置求解模型。雙擊 求解> 求解模型，時間-穩態。流動-不可壓。方法-湍流，下面默認；

圖5 模型設置

b. 添加材料。選擇 求解> 材料，本案例涉及2種，水和水蒸氣，水是軟件內置的，只需添加水蒸氣。在材料處右鍵，添加材料，名稱-水蒸氣，類型-氣體，材料特性里輸入水蒸氣的參數，密度0.023075，比熱容1840，熱傳導率0.025，其余不變，確定，水蒸氣就加好了。

圖6 材料選擇

2. 計算域設置

設置計算域。雙擊計算域設置，主相設為水，次相設為水蒸氣。下一步保持默認，質量傳遞類型選空化，水蒸氣飽和壓力為3170，成核體積分數設為5e-04，這個是經驗值，水泵空化問題常用。下一步默認；

圖7 分配計算域

4. 邊界條件設置

a. 雙擊 仿真> 流動分析> 計算域> 邊界條件> Inlet，設置Inlet邊界名稱、邊界類型，這個水泵工作環境是2米高，大氣壓減去2米水柱的壓力，剩余約0.8個大氣壓，壓力設為80000Pa。如圖所示；

圖8 Inlet定義

b. 雙擊 仿真> 流動分析> 計算域> 邊界條件> Outlet，設置Outlet邊界名稱、邊界類型，如圖所示；

圖9 Outlet定義

c. 雙擊 仿真> 流動分析> 計算域> 邊界條件> Wall，翼型表面wall是壁面，留下，其余反選出來如圖所示；

圖10 Wall定義

d. 右擊仿真> 流動分析> 計算域> 邊界條件，這些面是流體域的前后上下面，只是因為仿真才框出這個區域，實際并不存在這些面，通常將其定義為對稱面。在邊界條件處右鍵，插入邊界條件，命名為對稱面，選擇剛剛反選出的面，類型選對稱面，確定，如圖所示。

圖11 邊界條件定義

 5. 求解參數設置

雙擊 仿真> 求解控制 ，將相傳輸格式改為一階迎風，增加穩定性；求解控制保持默認。

圖12 求解參數設置

五、 初始化及求解計算

1. 初始流場設置

雙擊 仿真> 初始化，設置初始流場。速度設為X方向21m/s，壓力設為出口壓力80000Pa；

圖13 初始化設置

2. 求解計算

選擇菜單欄 求解> 求解> 直接求解> 并行，開始計算。

圖14 運行求解器

圖15 選擇求解模式

六、 后處理

 1. 監控曲線

點擊監控，查看殘差曲線；

圖16 殘差曲線

2. 可視化結果

a. 創建面：單擊菜單欄后處理> 面，點擊Z法向，變量選壓力，確定。

圖17 創建面

b. 壓力云圖：單擊菜單欄 后處理> 云圖，讀取機翼壓力分布云圖，顏色越藍，代表壓力越小，可看出翼型上表面出現了低壓區；再把變量切換成密度，可看到翼型上表面密度低的區域，就是空化區。

圖18 壓力云圖

c. 總結：通過仿真模擬定性地看到了水泵葉片高速運動時表面出現的空化區域。

圖19 空化區域云圖