水泵模型的案例
進階篇——ANSYS CFX計算結(jié)果來通過Tecplot 繪制云圖/流線圖 ￥25
使用的軟件版本為 ANSYS 2021 R1；
3.實現(xiàn)從BladeGen創(chuàng)建水泵模型，TurboGrid劃分網(wǎng)格，CFX完成數(shù)值計算，最后在實現(xiàn)導(dǎo)出結(jié)果到Tecplot繪制云圖/流線圖
4.額外說明，本文創(chuàng)建的模型及相關(guān)參數(shù)設(shè)置可能并不嚴(yán)謹(jǐn)，僅作為流程和方法來學(xué)習(xí)
Tecplot 繪制流線圖新——ANSYS CFX/Fluent計算結(jié)果中已經(jīng)介紹了將CFX計算結(jié)果導(dǎo)入到Tecplot的方法，但是有時由于計算文件太大，導(dǎo)入到Tecplot后導(dǎo)致文件很大，如果只是出一部分云圖以及流線圖就會白白占用硬盤空間，本篇就是提供了一個解決這個問題的途徑
一、BladeGen創(chuàng)建水泵模型
二、TurboGrid劃分網(wǎng)格
最終結(jié)果如下
獲取全部內(nèi)容及源文件見附件
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左邊水泵模型中，顯示流體區(qū)域("Show Fluid Region")選項確定模型沒有錯誤，并通過藍(lán)色突出，在三維模型中能簡單看到流體區(qū)域。的確如此簡單！請點擊右下短片觀看EFD快速確定和更正CAD模型錯誤的球閥實例。
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展開 基于AMESim的PEMFC冷卻系統(tǒng)建模與控制研究
圖1 燃料電池冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1 電堆產(chǎn)熱模型
本文著重于PEMFC的冷卻系統(tǒng)部分的建模，因此未建立具體的電堆模型，而根據(jù)電堆內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)熱規(guī)律來建立簡單模型。電堆工作時，其內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生的熱功率可以表示為：
式中：Qheat為燃料電池電堆的熱功率；ncell為電堆中單電池的數(shù)量；Enaerst為能斯特電壓；Vst為單體電池的電壓。
使用AMESim中的信號控制元件庫建立的電堆產(chǎn)熱模型如圖2所示。其中，輸入為燃料電池的負(fù)載電流，輸出熱效率Qheat。
圖2 電堆產(chǎn)熱模型
1.2 循環(huán)水泵模型
循環(huán)水泵選用AMESim中的離心式水泵模型。離心式水泵的壓力的特性曲線有3種模式：，。本文的循環(huán)水泵選擇第二種模式，即：
式中：qv為水泵的體積流率；w為水泵的轉(zhuǎn)速。
水泵出口壓力和入口壓力之間的關(guān)系為：
Pout=Pin+△P
1.3 電子三通閥模型
傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)采用節(jié)溫器控制大小循環(huán)的開度。節(jié)溫器多采用石蠟為感溫材料，溫度低時石蠟為固態(tài)，當(dāng)冷卻液溫度逐漸上升達(dá)到節(jié)溫器閾值時，石蠟逐漸膨脹使節(jié)溫器開啟，冷卻液進入大循環(huán)開始散熱。但節(jié)溫器的開啟和關(guān)閉均存在一定的遲滯現(xiàn)象。如圖3所示。同時，節(jié)溫器對大小循環(huán)的流量控制是粗略的，不能精確地控制冷卻液的流量分配。因此， 本研究中使用電子三通閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)節(jié)溫器控制冷卻回路中大小循環(huán)的開度大小。電子三通閥能夠由電子信號控制開度的大小，具有動作靈敏，調(diào)節(jié)精度高的優(yōu)點，便于根據(jù)實際需要控制冷卻回路中大小循環(huán)的冷卻液流量分配。
AMESim中僅提供了傳統(tǒng)節(jié)溫器的模型，未提供電子三通閥模型。本文使用AMESim中的熱液組件庫，信號與控制庫建立電子三通閥的模型，如圖4所示。
展開 【2021新版本】強大的CFD建模工具 - HyperWorks CFD
閥門模型的流體域提取
↑ 演示動圖
水泵模型的流體域提取
↑ 演示動圖
★
Wrap 工具快速生成封閉的表面網(wǎng)格
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對于復(fù)雜的裝配體，比如機艙熱分析的發(fā)動機模型，采用 Wrap 可以快速生成封閉的表面網(wǎng)格。
Fluent案例解析_MRF旋轉(zhuǎn)機械_水泵
，Well Motion模塊選擇Moving Wall，Motion模塊選擇Rotational(旋轉(zhuǎn))并設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)及方向(與之前設(shè)置的旋轉(zhuǎn)流體域中心坐標(biāo)和方向保持一致)，并設(shè)置Speed(角速度)為0_
▊初始化、計算
可依據(jù)需要設(shè)置監(jiān)測，模型初始化后進行計算
▊后處理
對于水泵這一塊了解不多，后處理需要查看哪些信息就不做過多介紹了，視頻中是用CFD_POST后處理得到的流線圖視頻_
▊案例解析
?本案例采用MRF多重參考系模型進行水泵葉片旋轉(zhuǎn)的一個仿真，與單一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系模型的區(qū)別在于本案例中存在多個坐標(biāo)系，葉片旋轉(zhuǎn)區(qū)域采用一個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，其他部分流體域采用另外一個坐標(biāo)系；
?實際情況是葉片通過旋轉(zhuǎn)來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉(zhuǎn)但葉片相對靜止的方式進行近似的穩(wěn)態(tài)計算求解，需要特別注意旋轉(zhuǎn)部分流體域和葉片的設(shè)置；
?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數(shù)據(jù)交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節(jié)點)則不再需要使用Interface；
展開 Fluent案例解析_MRF旋轉(zhuǎn)機械_水泵（附百度網(wǎng)盤資料
其他壁面保持默認(rèn)設(shè)置即可，葉片設(shè)置如圖中所示，Well Motion模塊選擇Moving Wall，Motion模塊選擇Rotational(旋轉(zhuǎn))并設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)及方向(與之前設(shè)置的旋轉(zhuǎn)流體域中心坐標(biāo)和方向保持一致)，并設(shè)置Speed(角速度)為0_
▊初始化、計算
可依據(jù)需要設(shè)置監(jiān)測，模型初始化后進行計算
▊后處理
對于水泵這一塊了解不多，后處理需要查看哪些信息就不做過多介紹了，視頻中是用CFD_POST后處理得到的流線圖視頻_
▊案例解析
?本案例采用MRF多重參考系模型進行水泵葉片旋轉(zhuǎn)的一個仿真，與單一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系模型的區(qū)別在于本案例中存在多個坐標(biāo)系，葉片旋轉(zhuǎn)區(qū)域采用一個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，其他部分流體域采用另外一個坐標(biāo)系；
?實際情況是葉片通過旋轉(zhuǎn)來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉(zhuǎn)但葉片相對靜止的方式進行近似的穩(wěn)態(tài)計算求解，需要特別注意旋轉(zhuǎn)部分流體域和葉片的設(shè)置；
?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數(shù)據(jù)交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節(jié)點)則不再需要使用Interface；
展開 自主仿真 | 基于PERA SIM的水泵流場仿真分析
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2.離心泵結(jié)構(gòu)與研究方法
2.1 模型
結(jié)構(gòu)上離心泵由葉輪、泵殼、泵軸、軸承、密封環(huán)、填料函等部件構(gòu)成，在流動分析的時候，并不需要其中固體部分，而需要構(gòu)建泵內(nèi)流場區(qū)域，本案例所提供的模型如圖 1所示，模型中已經(jīng)構(gòu)建了分析所需的流場區(qū)域，并將分析所不需要的固體區(qū)域移除。
圖 1 離心泵模型
2.2 計算工況
本次計算3D離心水泵在不同工況下的流場狀態(tài)，計算域分為兩個區(qū)域：葉輪轉(zhuǎn)子區(qū)域和靜止蝸殼區(qū)域。葉輪總共包含 6 個葉片，繞 z 軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為1450RPM。泵內(nèi)流體介質(zhì)為水，額定工況下進口流量為77.8kg/s，蝸殼出口壓力為一個大氣壓。水泵內(nèi)流體運動為湍流流動。
為測定水泵的流量揚程特性曲線，將水泵在不同進口流量下進行計算，并與某主流流體仿真軟件進行對比。
3.仿真設(shè)置流程
3.1 模型建立及簡化
1) 打開PERA SIM Fluid 2024R1，在工作目錄下新建項目【Pump】，將準(zhǔn)備地好的離心水泵幾何文件“Pump.ppcf”導(dǎo)入；
圖 2 幾何導(dǎo)入窗口
圖 3 導(dǎo)入后的離心水泵幾何模型
2) 在視圖區(qū)轉(zhuǎn)動幾何至合適位置，通過ctrl鍵多選，右鍵選擇【隱藏對象】；
圖 4 選中幾何特征后右鍵隱藏
3) 在 Ribbon 菜單上選擇【幾何】 →【面編輯】 →【創(chuàng)建】，激活幾何面創(chuàng)建功能。
展開 一種集成式熱管理模塊用水泵的噪聲優(yōu)化研究
01
計算模型和仿真結(jié)果
水泵參數(shù)
暖風(fēng)水泵的設(shè)計參數(shù)如表1所示。水泵軸頻：f1=n/60=80Hz，葉片通過頻率：fBP=8f1=640Hz[1-3]。如圖2所示水泵葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。
水泵計算模型
葉輪連續(xù)掠過隔舌時，葉輪與隔舌間空間位置固定的流體微團受到周期性擠壓，其壓力出現(xiàn)周期性波動，并對外輻射壓力脈動， 反作用于葉輪上產(chǎn)生周期性不平 衡的徑向力，導(dǎo)致機體振動。動靜干涉引起的隔舌處流體壓力脈動是離心泵內(nèi)部振動主要激勵源之一（如圖3所示） 。本文利用CFD仿真手段分析35W暖風(fēng)水泵隔舌圓角大小的影響。
計算設(shè)定：工況設(shè)定：13L/min，葉輪轉(zhuǎn)速4800rpm（軸頻80，葉頻640）；體網(wǎng)格數(shù)：水泵入口流量500萬多面體網(wǎng)格，葉輪表面和隔舌頭處進行網(wǎng)格細(xì)化；湍流模型：RANS SST K-ω模型；工作介質(zhì)：水；計算方法：定常初場-凍結(jié)轉(zhuǎn)子法、瞬態(tài)計算-滑移網(wǎng)格法；隔舌圓角：R0.2（原狀態(tài)），R2（對策方案）。
展開 [案例分析]基于Fluent 14.5離心泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬教程
一、描述
隨著科學(xué)技術(shù)的進步，許多領(lǐng)域?qū)?em>水泵要求越來越高。傳統(tǒng)的設(shè)計方法已無法滿足快節(jié)奏、高要求的現(xiàn)代社會。隨著計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的發(fā)展，為水泵設(shè)計也帶來了更好的研究方法。應(yīng)用CFD技術(shù)，通過計算機對水泵內(nèi)部流場進行虛擬試驗，可以快速獲得外特性曲線，并且能夠更好的在設(shè)計階段預(yù)測泵內(nèi)部流動所產(chǎn)生的漩渦、二次流、邊界分離、喘振、汽蝕等不良現(xiàn)象，通過改進以提高產(chǎn)品可靠性。
本教程采用IS80-65-125型水泵的水力模型，通過具體步驟希望廣大同行能快速掌握運用Fluent對水泵進行CFD模擬的步驟方法。
二、建模
采用Creo 2.0 M020（Peo/Engineer）進行建模。本次教程不考慮葉輪前后蓋板與泵腔間的液體（事實證明對實際結(jié)果有一定影響，為了教程方便因此不予考慮，大家可以在實際工作中加入對前后腔體液體），建模只考慮進口管部分、葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)域部分、蝸殼部分。對于出口管，可以根據(jù)模型的特征進行判別，本次模擬是由于出口管路對實際模擬結(jié)果影響很小，不存在尺寸急變等特征，因此去掉了出口管段，以減少網(wǎng)格數(shù)量。建模如圖所示：
圖1 建立流道模型
三、網(wǎng)格劃分
建模完成后，導(dǎo)出*.x_t（或其他格式）格式，導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件中進行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分軟件有很多，各有各的優(yōu)勢，主要采用自己熟練的一種即可。本次教程采用ICEM進行網(wǎng)格劃分。進口段為直錐型結(jié)構(gòu)，采用六面體網(wǎng)格。葉輪和蝸殼部分采用四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（也可以采用六面體網(wǎng)格，劃分起來比較麻煩）。對于工程應(yīng)用，可以采用不劃分邊界層網(wǎng)格，劃分邊界層網(wǎng)格比較費時間，生成的網(wǎng)格數(shù)量也很高，但是從模擬的外特性曲線來看，差別不是很大，但是對于研究邊界層流動對性能的影響，就必須劃分邊界層，對于采用有些壁面條件，也必須劃分邊界層（該部分查看其它教程）。
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