ansys離心仿真的案例
ANSYS Fluent離心泵仿真計算
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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
ANSYS CFX 帶蝸殼離心泵性能仿真分析
一、模型說明
本案例基于ANSYS 2019R3 Workbench平臺，通過BladeGen軟件對離心泵葉輪水體進行建模，導入TurboGrid自動完成高質量六面體網格劃分；蝸殼水體通過ANSYS Meshing自動劃分非結構四面體網格；
拖拽CFX模塊，連接B2單元和C2單元，導入離心泵葉輪網格模型；連接D3單元和C2單元，右鍵更新D3單元，完成蝸殼和葉輪網格模型裝配；
雙擊C2單元啟動CFX-Pre，右鍵單擊葉輪模型通過“Transform Mesh”生成完整葉輪模型；
二、分析設置
定義計算域
右鍵單擊蝸殼模型插入靜止流體域命名“Volute”，鼠標點擊“Location”黃色區域，在圖形區域左鍵選擇蝸殼水體，并完成計算域設置；
選擇“Default Domain”右鍵重命名為“Impeller”，雙擊進行轉動域設置界面，定義材料-Water，相對壓力-0atm，轉速-1450RPM，以及轉軸-Z軸；關閉傳熱模型，設置湍流模型為SST（Shear Stress Transport）；
定義邊界條件
選擇“Impeller domain”右鍵插入入口邊界命名“Impeller Inlet”位置選擇“Entire INBlock INFLOW”；
設置入口相對壓力1bar；
選擇“Volute domain”右鍵插入出口邊界，設置出口邊界質量流率77.5kg/s；
選擇“Impeller domain”右鍵插入“旋轉-Rotaing”、“無滑移-No Slip wall”的hub wall、shroud wall 以及blade wall邊界；
選擇Interfaces右鍵插入Interface 邊界命名“domain Interface
展開 ANSYS Fluent Meshing-離心泵性能仿真網格劃分案例
，葉輪繞“X”軸逆時針旋轉，轉速340r/min；
定義動域和靜域間的“Interface”；
壓力分布云圖；
離心泵水力效率計算公式（Fluent Moment 查看離心泵扭矩M-N/S）；
四、總結
目前，對于離心泵CFD仿真應用已經非常成熟，計算仿真精度也非常高；
筆者之前也做過多次關于離心泵的仿真分析，但不確認是什么原因（可能是三維軟件軟件間的兼容性問題）導致拿到的三維模型導入ANSYS CFD前處理軟件后，對蝸殼和葉輪進行封閉，流體域抽取以及網格劃分操作比較繁瑣和耗時，尤其是對“Interface”的處理（封閉面與模型間存在漏洞，葉輪和蝸殼水體域共節點網格失敗等等）；
而現如今，借助Fluent Meshing的“Fault-tolerent Meshing”工作流能夠大大的減低模型前處理和網格的難度，提高工作效率，所以忍不住趕緊整理分享，希望對大家的CFD仿真學習和工作帶來幫助。
展開 ANSYS CFX 壓縮機仿真-離心壓縮機葉輪
本文利用CFX模擬離心壓縮機葉輪的氣動性能。
注：本文采用CFX 2019R2進行演示
1 幾何模型
幾何模型來自ANSYS-CFX的教程文檔。下圖是幾何模型的示意圖。這個葉輪有24個葉片，以22360rpm的轉速繞Z軸旋轉。
△ 幾何模型示意圖
2 BladeGen定義幾何
啟動Workbench 2019 R2，將BladeGen模塊拖入工程視圖，右擊
A2：Blade Design→Properties，在屬性面板中設置如下圖所示
△ 屬性設置
加載創建好的葉輪。
ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內部流程并實現參數化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質為空氣，葉輪轉速155733 rpm，沿z軸旋轉。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設置
進入
General設置面板，保持默認設置
設置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設置。
展開 使用 ANSYS CFX 對離心泵內的流動進行瞬態仿真 ￥10
使用 ANSYS CFX 對離心泵內的流動進行瞬態仿真。湍流模型采用 SST。同時包含 CFX 定義文件。
CFD仿真：離心泵設計中的效率優化
前言
在處理渦輪機械時，例如壓縮機、螺旋槳或離心泵等，最輕微的設計變化往往會產生巨大的影響。根據機器的不同，即使是1% 的效率提高，也可以在機器的使用壽命內節省數千美元的成本。
渦輪機械在轉子和流體之間傳遞能量。通過這種方式，機械能被轉換為壓力或揚程。通常在渦輪機械設計中，工程師的主要目標是效率、可靠性、性能和延長使用壽命。粗略地說，機器應該在盡可能長的時間內盡可能好地運行、有效地回收盡可能多的能量，并且需要盡可能少的維護。雖然這些因素符合制造商、供應商和客戶的直接利益，但由于環境影響法規的收緊和人們對舒適度需求的增加，噪音污染或排放等其它考慮因素變得越來越重要。所有這些方面都需要在設計階段進行仔細評估。
案例：用CFD設計離心泵
作為渦輪機械的一個例子，本案例模擬了一種常見的泵類型 - 離心泵。這種類型的泵通過旋轉元件將機械旋轉能量轉換為流體中的能量。為了最大限度地提高效率，減少能量損失以確保離心泵利用盡可能多的動力至關重要。例如，由于摩擦或再循環（回流），可能會發生能量損失。計算流體動力學（CFD）可以以扭矩、軸向推力、壓降和域內任何點的流速的形式量化性能，以確定可以優化效率的區域。
圖1：離心泵設計的CFD分析
有許多設計方面會影響泵的效率，例如泵殼體，葉輪蓋板、葉輪葉片數量或葉片角度等。以葉輪為例，可以改變其尺寸，例如增加直徑，但這會增加其質量，從而導致更大的能量損失。
展開 OpenFOAM 開放泡沫中離心泵的性能仿真 ￥10
在 OpenFOAM 中使用 MRFSimpleFoam 對離心泵進行穩態 CFD 仿真。對于此模擬，泵的 CAD 模型是在 FreeCAD 中生成的。泵模型由入口區域、葉輪和蝸殼組成。在 Salome 中分別為每個區域創建網格，然后在 OpenFOAM 中合并這些網格。在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區域的一組控制方程，而對于旋轉區域，控制方程包含附加源項。進行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計。根據 CFD 結果計算出揚程和功率項等泵特性，并與經驗結果進行比較。
基于CFX---Turbo的離心泵仿真流程
但CFX基于ANSYS的多場耦合會更強。
壹
蝸殼流道抽取、網格劃分
這里介紹一種從CAD到CAE的模型中間處理軟件SCDM，通過這款軟件能夠實現模型修復以及流道抽取，本次案例的流道抽取就是在SCDM中完成流道抽取。
網格劃分是在ANSYS Meshing中完成，ANSYS meshing能夠快速完成非結構的網格劃分，當然比不上FM。
蝸殼流道
貳
葉輪 網格劃分
本次的葉輪流道是在turbogrid中劃分的單流道網格，turbogrid能夠快速的劃分葉輪機械葉片的結構化網格。
OpenFOAM 開放泡沫中離心泵的性能仿真 ￥10
在 OpenFOAM 中使用 MRFSimpleFoam 對離心泵進行穩態 CFD 仿真。對于此模擬，泵的 CAD 模型是在 FreeCAD 中生成的。泵模型由入口區域、葉輪和蝸殼組成。在 Salome 中分別為每個區域創建網格，然后在 OpenFOAM 中合并這些網格。在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區域的一組控制方程，而對于旋轉區域，控制方程包含附加源項。進行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計。根據 CFD 結果計算出揚程和功率項等泵特性，并與經驗結果進行比較。
離心式壓縮機仿真案例
一、多參坐標系描述
旋轉機械問題設計到旋轉的流體域（rotating flow domain），所有的旋轉部件（moving parts，fan blades，hub，shaft surfaces...）是以一定的角速度進行旋轉的，靜止壁面（stationary walls，shrouds-蓋板，duct walls-風道壁面）是關于旋轉軸的轉轉曲面（surfaces of revolution），所涉及到的整體域被作為一個單一旋轉參考坐標系（a single rotating frame of reference）；然而當其中一部分是關于不同旋轉軸進行轉轉，或關于相同的軸按照不同的速度旋轉或靜止壁面不屬于“surfaces of revolution”（如在離心式壓縮機輪子周圍的蝸殼），單一的旋轉坐標系統（single rotating coordinate system）已不能夠滿足使計算域固定（immobilize），為了預測穩態的流場，因此必須以“多參考坐標系”（multiple reference frames）的方式進行仿真；
離心式鼓風機（Centrifugal blower）2D模型：
使用MRF模型能夠分析與一個或多個旋轉部件相關的流動特性，在一個單一計算域內多旋轉參考坐標系能夠被使用，流場結果代表旋轉部件移動到某一位置時的瞬態結果（snapshot-抓拍of the transient flow field）；然而在很多案例中交界面能夠以這種方式進行選擇-在該位置的流場是獨立于移動部件的方向的，這就意味著如果交界面能夠被繪制（drawn）以具有很小或者沒有角度依賴性（little or no angular dependence），MRF模型能夠成為可靠的工具用于時均流場的求解（time-averaged flow fields
展開 
淺析離心壓縮機設計與流固耦合仿真
離心壓縮機設計與流固耦合仿真案例
離心壓縮機幾何模型設計
本案例在CFturbo中進行了單級離心壓縮機的設計，包括離心壓縮機葉輪、進口段和葉片式擴壓器等組成部件，如下為具體設計參數：
表1
利用CFturbo內置的離心壓縮機設計經驗函數和相關文獻資料和已有設計經驗，最終獲得壓縮機的設計方案如下：
表2 離心葉輪主要參數
離心壓縮機二維子午面與三維模型如下圖：
離心壓縮機設計方案
此外，在CFturbo中進行了離心壓縮機葉輪部分固體域的加厚設計，如下圖：
壓縮機輪盤結構
在CFturbo中完成壓縮機的設計工作后，可直接進行流體域和結構域的切割工作，方便設計人員進行后續的數值分析工作。其中流體域模型如下：
離心壓縮機流體域
離心壓縮機熱力學仿真計算
基于CFturbo與Simerics-MP+的無縫集成接口，通過CFturbo設計的離心壓縮機整機流體域模型可直接導出并激活Simerics-MP+軟件進行CFD仿真，且前處理網格劃分、模型設置及求解等工作均自動完成，只需啟動仿真計算即可查看結果。
展開 Fluent實用案例 | 旋轉機械離心泵RBM瞬態仿真
<p>本案例利用Fluent中的滑移網格（RBM）模型，對離心泵性能問題進行了瞬態仿真計算。該案例僅對離心泵的瞬態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。本文的相關設置依托于<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MTg5ODU3Ng==&mid=2247485266&idx=1&sn=c0b3f482d2d320f473b1e70095cec80e&scene=21#wechat_redirect" rel="noopener noreferrer" target="_blank">Fluent MRF 旋轉機械離心泵靜態仿真(一) </a>。</p><p><strong>1 workbench 設置</strong></p><p>本案例具體設置如下圖 ：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202509/fab6a2540649e0a6045f8802e34c0da7.png"></p><p><strong>2 SCDM 設置</strong></p><p><strong>2.1 導入幾何</strong></p><p>本案例的離心泵模型在ansys的離心泵設計軟件中進行構建，并導入SCDM中 。
展開 使用 COMSOL 仿真軟件模擬離心泵
更多資源
瀏覽“COMSOL 博客”，閱讀更多關于模擬離心泵和攪拌器的信息：
使用適用于大型 CFD 仿真的代數多重網格（AMG）方法
計算攪拌器和旋轉機械中的自由液面
借助 COMSOL Multiphysics? 分析攪拌器的設計元素
本文內容來自 COMSOL 博客
離心壓縮機葉輪振動特性仿真及試驗研究
離心壓縮機葉輪前四階模態陣型見圖6。
1.3 葉輪模態數值仿真
1.3.1 模型建立
運用葉片造型軟件NREC進行建模并進行網格劃分，然后導入到ANSYS進行數值計算，采用無約束載荷，模型及其網格劃分見圖7。葉輪材料參數設置為：彈性模量2.0×105MPa，泊松比為0.3，材料密度為7 800kg/m3 。本文選擇的單元類型是SOLID185，為提高計算精度，采用六面體單元對葉輪進行網格劃分，劃分的最終結果是共有110 580個節點，87 300個單元。
1.3.2 約束及加載
固有頻率和固有振型是由結構的幾何形狀、材料特性以及約束載荷形式決定的。本文對離心壓縮機葉輪采用自由模態分析，即無約束，無加載。在自由模態分析中，對于所選取的實體單元有六個剛體自由度，即六階剛體模態，其固有頻率為零；因此，模態分析求解的葉輪前六階固有頻率為零，第七階為真正意義上的第一階固有頻率。
1.3.3 結果分析
對離心壓縮機葉輪模態模擬計算結果進行分析，得出離心壓縮機葉輪前四階模態陣型，見圖8。從振型圖看出，由于決定各階固有頻率的葉輪部位不同，所以葉輪振型不再遵循一階（單節點）和二階（雙節點）的規律。
1.4 分析對比
將ANSYS計算的葉輪前四階模態和LMS試驗測試結果相對比，見表1，可以發現兩者存在著一定的偏差。這是由于試驗條件限制和計算過程中不可避免的誤差等原因引起的。但是兩者的絕對偏差都在6%以內，屬于可接受范圍[8-9] ，而且葉輪的固有頻率變化趨勢和模態陣型一致，所以我們可以認為用ANSYS有限元軟件計算葉輪模態得出的結果是可信的。
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