擺線泵計算的案例
STAR-CCM+案例｜擺線泵--網格重構功能模擬仿真擺線泵內部流場
本算例演示利用STAR CCM+中的網格重構功能模擬仿真擺線泵內部流場。
1 問題描述
擺線泵是一種包含有內轉子和外轉子的裝置，其內轉子和外轉子具有與其齒數相關的不同轉速，當轉子旋轉時，通過轉子間動態變化的容積將流體從入口輸送到出口。
擺線泵模擬的最大問題是處理轉子之間的狹小間隙。轉子旋轉會導致小間隙中的網格質量降低。在STAR CCM+中可以使用Remeshing模型處理此類問題。
STAR-CCM+旋轉機械案例｜擺線泵
本算例演示利用STAR CCM+中的網格重構功能模擬仿真擺線泵內部流場。
1 問題描述
擺線泵是一種包含有內轉子和外轉子的裝置，其內轉子和外轉子具有與其齒數相關的不同轉速，當轉子旋轉時，通過轉子間動態變化的容積將流體從入口輸送到出口。
擺線泵模擬的最大問題是處理轉子之間的狹小間隙。轉子旋轉會導致小間隙中的網格質量降低。在STAR CCM+中可以使用Remeshing模型處理此類問題。
基于CFD和FSI的擺線泵仿真分析
首先基于COMSOL軟件建立了擺線泵的模型，對旋轉域采用動網格技術，流固耦合界面進行設置，設置相應的邊界條件后對泵進行CFD和FSI仿真，并與試驗結果進行對比。結果表明：FSI的仿真的流量平均值均更接近試驗的結果，FSI出口處流量脈動率最大；FSI和試驗的出口壓力平均值均低于CFD的仿真值，且CFD和FSI的壓力均值更接近實際出口邊界設置。通過對比內外轉子間流體域某一截面速度和壓力得出：在吸油區域計算得到的負壓CFD大于FSI，計算得到的速度CFD小于FSI；在排油區計算得到的正壓力CFD大于FSI，計算得到的速度CFD小于FSI的結果。在內外轉子與流體耦合界面某點處CFD的壓力隨時間的波動值均大于FSI的壓力值。通過對比發現耦合對計算結果有很大的影響，對泵進行流固耦合分析使得分析結果更加真實，更有利于對泵的流場和轉子動力學特性進行分析。
展開 ANSYS Fluent離心泵仿真計算
4、時間步及時間縮放因子設置
圖10 時間步及時間縮放因子設置
在這里需要注意的是時間縮放因子設置為10，計算200個迭代步，其中時間縮放因子為0.3倍的總體長度除以平均速度（這個玩意決定著收斂的快慢）。
然后點擊Calculate，進行計算。
05
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結果展示
圖11 離心泵揚程隨時間的變化
圖12 離心泵壓力場云圖
圖13 離心泵內流暢速度云圖
圖14 離心泵內流場矢量云圖
文章來源：數值模擬交流之林
案例教程|基于SRF的離心泵計算
、多相流計算）
計算設置
設置迭代步數1000步，并開始計算
微信公眾號/知乎號：BB學長
源文件公眾號后臺回復關鍵詞SRF。
離心泵液體的靜壓力怎么計算？
在離心泵技術領域．離心泵壓力是指靜壓力。按照EN12723的規定：流體的壓力（pb和PD）可加絕對壓力表示，其他壓力可用表壓力（例如以當時當地大氣壓為起點計算的壓力）表示。表壓在真空行業是指所測得的氣體相對壓力值，用負數表示。
液體的靜壓力怎么計算
1，單級單吸離心泵入口截面處的壓力（Ps）。以該高程（zs）處壓力為起點計算的壓力。
2，離心泵出口截面處的壓力（Pd）。
以該高程（zd）處壓力為起點計算的壓力，
3，離心泵入口截面的壓力表處的壓力（Psm）。充滿液體的測量管道內壓力表的壓力。
充滿液體的測量線：
Ps=psm+pg zs ,m
ρ--測量管道內的液體密度g--重力加速度zs,m--離心泵入口截面壓力表中心高度和測量點高度之差充滿氣體的測量管道內壓力表的壓力：
Ps=Psm
4，等于離心泵出口截面壓力表內的壓力（Pdm）
·離心泵入口截面處的壓力（ p）。以該高程（za）入口截面（Aa）處壓力為起點計算的壓力（Ae）。
·離心泵出口截面處的壓力（pa）。以該高程（za）出口截面（Aa）處壓力為起點計算的壓力。
·離心泵安裝地的氣壓（PD）。
·流體的飽和蒸汽壓力（PD）。是指流體在離心泵入口截面所處溫度下蒸發時的絕對壓力。
展開 泵揚程與流量的關系？如何計算揚程？
泵的揚程計算是選擇泵的重要依據，泵揚程與流量的關系可以參照下面這張圖。
泵揚程由管網系統的安裝和操作條件決定，計算前應首先繪制流程草圖，平、立面布置圖，計算出管線的長度、管徑及管件型式和數量。
一般管網如下圖所示
D——排出幾何高度，m；
取值：高于泵入口中心線：為正；低于泵入口中心線：為負；
S——吸入幾何高度，m；
取值：高于泵入口中心線：為負；低于泵入口中心線：為正；
Pd、Ps——容器內操作壓力，m液柱（表壓）；
取值：以表壓正負為準
Hf1——直管阻力損失，m液柱；
Hf2——管件阻力損失，m液柱；
Hf3——進出口局部阻力損失，m液柱；
h ——泵的揚程，m液柱
h＝D+S+hf1+hf2+h3+Pd－Ps
h= D－S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps
h= D＋S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps
計算式中各參數符號的意義
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管網局部阻力計算
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來源：網絡
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展開 泵揚程與流量的關系？如何計算揚程？
泵的揚程計算是選擇泵的重要依據，泵揚程與流量的關系可以參照下面這張圖。
泵揚程由管網系統的安裝和操作條件決定，計算前應首先繪制流程草圖，平、立面布置圖，計算出管線的長度、管徑及管件型式和數量。
一般管網如下圖所示
D——排出幾何高度，m；
取值：高于泵入口中心線：為正；低于泵入口中心線：為負；
S——吸入幾何高度，m；
取值：高于泵入口中心線：為負；低于泵入口中心線：為正；
Pd、Ps——容器內操作壓力，m液柱（表壓）；
取值：以表壓正負為準
Hf1——直管阻力損失，m液柱；
Hf2——管件阻力損失，m液柱；
Hf3——進出口局部阻力損失，m液柱；
h ——泵的揚程，m液柱
h＝D+S+hf1+hf2+h3+Pd－Ps
h= D－S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps
h= D＋S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps
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來源：煤化工知庫
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展開 泵揚程與流量的關系？如何計算揚程？
泵的揚程計算是選擇泵的重要依據，泵揚程與流量的關系可以參照下面這張圖。
泵揚程由管網系統的安裝和操作條件決定，計算前應首先繪制流程草圖，平、立面布置圖，計算出管線的長度、管徑及管件型式和數量。
一般管網如下圖所示
D——排出幾何高度，m；
取值：高于泵入口中心線：為正；低于泵入口中心線：為負；
S——吸入幾何高度，m；
取值：高于泵入口中心線：為負；低于泵入口中心線：為正；
Pd、Ps——容器內操作壓力，m液柱（表壓）；
取值：以表壓正負為準
Hf1——直管阻力損失，m液柱；
Hf2——管件阻力損失，m液柱；
Hf3——進出口局部阻力損失，m液柱；
h ——泵的揚程，m液柱
h＝D+S+hf1+hf2+h3+Pd－Ps
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h= D＋S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps
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展開 基于CFD數值計算方法的混流泵外特性研究
摘 要：為了研究CFD數值計算方法在混流泵外特性方面計算的可行性及準確性，本文以某型號混流泵為研究對象，分別采用試驗方法及數值計算方法對其在0.01Qopt、0.2Qopt、0.5Qopt、0.8Qopt、1.0Qopt、1.2Qopt工況下外特性進行了計算，并將計算結果與試驗結果進行了對比分析。研究結果表明：基于CFD數值計算的流量-揚程、流量-效率曲線的變化趨勢與性能測試曲線發展趨勢一致，最大誤差僅為4.3%；基于CFD數值方法計算的混流泵外特性準確性隨流量的減小而變低，相比揚程預測結果，效率的計算準確性更差；在小流量工況下，泵內的流態十分復雜，流線分布十分混亂，數值計算方法難以準確描述該流動，導致外特性計算結果與測試結果之間偏差較大。本文的研究結果，可以為混流泵外特性的預測提供參考。
關鍵詞：混流泵；CFD仿真；外特性；數值計算
混流泵是流體輸送中常用設備之一，廣泛應用于能源、供水、石化、船舶等多個領域。外特性是混流泵至關重要的計算參數之一[1]，準確計算混流泵外特性對提高泵組設計合理性以及機組運行穩定性至關重要，因此找到一種混流泵外特性準確計算方法具有重要的意義。
計算流體力學的起源計算流體力學（Computa-tional Fluid Dynamics）是通過計算機數值計算和圖像顯示技術，對包含有流體流動和熱傳導等相關物理現象進行分析分析[2~5]。隨著計算機技術及數值計算方法的快速發展，CFD仿真技術在泵外特性計算領域得到了廣泛應用并得到了普遍認可，已經成為工程應用中計算泵組外特性主要方法之一[6~9]。
展開 OpenFoam離心泵數值仿真與Flunt、StarCCM計算結果對比
五：計算結果分析
根據計算結果繪制出三款軟件不同質量流量工況下離心泵揚程、轉輪力矩、效率及轉輪軸向力曲線圖（如圖4-7）。
圖四：質量流量-揚程流線圖
圖五：質量流量-力扭矩曲線圖
圖六：質量流量-效率曲線圖
圖七：質量流量-轉向力曲線圖
結果表明：使用OpenFoam對離心泵進行數值仿真計算結果與商用軟件Fluent、StarCCM的計算結果一致。
展開 
LMV-311型高速泵轉子的臨界轉速計算與分析
分享一篇samcef轉子動力學碩士論文：
文章介紹了轉子動力學理論中臨界轉速概念，影響臨界轉速各種因素及計算方法；采用克雷洛夫函數法，柔度系數法和Riccati傳遞矩陣法，分別計算了高速泵中間軸，高速軸轉子系統的臨界轉速：利用專業轉子動力學有限軟件Samcef Rotors，建立中間軸，高速軸轉子系統一維梁單元模型，通過偽模態法對轉子系統進行動力學計算與分析，得到轉子系統的固有頻率與模態振型；利用隨機振動試驗法中錘擊法分別測量了中間軸，高速軸轉子系統的頻率以及利用模態法分別測量了中間軸和高速軸的模態振型；對比理論計算，有限元分析及試驗測量結果，三者比較吻合。
本文利用理論計算，有限元分析及試驗測量三者方法，對高速泵中間軸，高速軸轉子系統進行深入分析與研究。由于轉子系統的復雜性，模型的簡化，邊界條件的選取及彈性支承的選擇等因素，會造成轉子系統各階臨界轉速有一定的誤差，但是可預估轉子系統發生共振的轉速范圍，轉軸設計時，應避免工作轉速靠近臨界轉速。
百度鏈接：http://pan.baidu.com/s/1sjomjW5
展開 基于計算流體動力學仿真的離心式人工心臟泵葉片參數優化
圖1 鈦合金薄壁件銑削過程有限元仿真流程
在進行仿真計算之前，需要在Solidworks軟件中對泵內流域進行提取和切分，導入到Ansys軟件中的Design Modeler和Meshing模塊，進行前處理，通過布爾運算功能對葉輪流域進行剪切，劃分各部分流域表面以及生成網格，流域模型的網格劃分如圖2所示。單元數為3400180，節點數為628467，經過檢測，網格質量良好。
圖2 流域模型的網格劃分
2.2 邊界條件設置
將網格模型導入到CFD仿真軟件Fluent中進行流體動力學仿真分析，選擇Realizable k-ε湍流模型。介質屬性設置為血液，密度，動力粘度μ=0.0035Pa·s。選擇轉子區域的Frame motion選項，激活該區域的動參考系模型，使得轉子區域成為動網格區域，將葉輪的中心位置設為旋轉中心，轉速設為1700r/min。進口的表面設置為速度入口，根據流量（Q=5L/min）和進口半徑（r=5mm）計算得到進口的流體速度v=1.06m/s；出口的表面設置為壓力出口，葉輪的表面設置為旋轉壁面。把四部分流域之間的接觸表面設為四組交互面，使流體能夠通過各部分之間的交互面從進口處流動到出口處。選擇Standard壓力求解器，Momentum、k、ε均選擇Second Order Upwind格式，按照此設置完成泵的仿真計算。
2.3 仿真實驗設計
通過仿真分析葉片出口角度、葉片出口寬度以及葉片厚度對人工心臟泵剪切應力和水力性能的影響，從中選取最佳的葉片出口角度、葉片出口寬度、葉片厚度。其中，葉片出口角度β2在0°~90°的范圍內，每隔15°取一個水平；葉片出口寬度b2在1~9mm的范圍內，每隔1mm選擇一個水平；葉片厚度δ在1~4mm的范圍內，每隔0.5mm選擇一個水平。
展開 用計算流體動力學-離散元法分析軸流泵的流場和溶血指標
圖1.軸流式血泵模型[1]
3.討論
為了驗證宏數據數值計算的一致性，搭建了血泵實驗平臺。原理框圖如圖2所示。該流體采用水和甘油按2:1的比例混合而成，具有與血液相似的粘度和特性。針對不同轉速下血泵的水力性能，通過阻尼閥調節血泵進出口壓差，使之與仿真值一致。在三種模擬工況（6000, 8000, 和10,000r/min）下分別進行了五次試驗。對流動實驗結果進行了分析，如圖3所示。在10000r/min內，轉速每增加2000r/min，血泵流量就隨之增加約21%。結果發現，在6000、8000和10000r/min工況下，仿真和實驗的流量誤差分別為5.1%、4.3%和3.2%。試驗精度在允許范圍內，說明數值計算模型與實驗結果吻合較好。
圖2.軸流泵的實驗原理圖和圖片：（a）實驗原理圖。(b) 軸流泵。[1]
圖3.血泵在不同轉速下的水力參數。[1]
以8000r/min為例，血泵內部流場壓力分布如圖4所示。血泵內壓力沿流動方向逐漸增大，最小值出現在血泵入口處，約為-27kPa，最大值出現在葉輪后緣，約為552kPa。后葉片的壓力分布相對平均。在葉輪排水區，流道壓力迅速上升。由于壓力梯度變化很大，可能會導致血細胞因壓力差而破裂，從而產生一定的溶血現象。同時，EDEM（EDEM是用于散裝材料模擬的DEM軟件）計算出的血細胞粒子速度較快，導致血細胞溶血。因此，該區域的結構設計與溶血指數相關。
圖4.血泵的內部壓力云圖和血細胞的粒子速度。[1]
以8000r/min為例，血泵內速度場分布如圖5所示。由于葉輪轉速較高，血泵內血流最高速度位于葉片頂部靠近壁面的位置。
展開 【CFD專欄】針對車輛液壓系統離心泵的MRF和瞬態計算方法比較
小結
>>>>>>
該文章介紹了使用商用Simerics MP+軟件對離心泵進行CFD分析的兩種不同方法模擬，從模擬結果來看，研究結果可以總結為：
瞬態方法可以更好地預測流動物理。
如果泵的運行接近或高于額定流量，MRF模擬可準確預測試驗壓力上升
對于較低的流量或部分負載運行，MRF預測的壓力升高高于試驗。
建議不要依賴MRF結果計算出的流體扭矩和功率，因為MRF結果計算出的功率和扭矩可能是錯誤的。
基于當前的研究和之前的一些其他研究工作，可以得出結論，使用MRF方法對離心泵進行計算不夠準確。模型預測可能高于或低于部分負荷運行的預測，并且可能對泵的幾何形狀敏感。然而，對于接近或超過額定流量運行的泵，MRF方法可用于精確預測泵曲線。
文章來源：合工仿真
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