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在 COMSOL? 軟件中模擬離心泵使用“CFD 模塊”附加的“攪拌器模塊”和 COMSOL Multiphysics? 軟件，你可以對離心泵進行建模并分析其運行情況。“離心泵”教學模型清晰演示了如何利用凍結轉子近似來建立旋轉機械仿真。該示例使用的離心泵是由七個葉片和螺旋形蝸殼組成的半開式葉輪。葉輪的外半徑為 10 cm，這是汽車產品的標準尺寸。

離心泵的設計過程最初基于經驗相關性、模型測試和工程經驗的結合。然而，如今的設計要求對內部流動有詳細的了解 -這在CFD的幫助下是可能的。 CFD模擬使離心泵內部的流動狀態可視化成為可能，并提供了有關泵的水力設計的寶貴信息。模擬結果用于計算和預測離心泵的性能，取代了過去漫長而昂貴的物理實驗。

Simerics MP+軟件具備自動網格生成器和Navier-Stokes求解器，能夠有效地對離心泵空化進行物理建模。 通過優化過程，降低在較高流速的低壓區域而導致的空化問題。 通過敏感性分析，葉片尾緣角度對泵輸送的揚程影響最大。

使用 Fluent 進行離心泵的穩態模擬。附上了該模擬的 Fluent 案例文件。

本教程演示了如何使用滑動網格法模擬離心泵內部流場情況。 1 啟動Workbench并建立分析項目 （1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。

案例研究 1：雙吸泵客戶委托 MSI 公司對其雙吸泵設計進行分析，論證該水泵是否滿足預期性能要求。為提高空化性能，水泵采用復雜的離心式設計。在泵的頂部設置進口，在泵的中段設置分流裝置以減輕徑向負荷，在泵的兩側設置完全相同的兩個葉輪，逐漸導至渦殼。水流進入水泵后流量等分通過前述兩個葉輪段。

流體機械屬于一門半理論、半經驗的學科，還存在很多無法準確設計/模擬/預測的地方，例如不同結構、不同溫度、不同泵送介質下無法準確地模擬出流體真實的流態及其對泵性能的影響。因此，本文只能從定性的角度、結合經驗及同行們的研究成果來簡要談一談如何優化離心泵的葉輪來改善泵的吸入性能和水力性能。僅供參考。

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。

本文展示內容源自Simerics公司與福特汽車公司在SAE International上發布的文章，主要介紹Simerics India基于專業的CFD軟件Simerics MP+針對控制車輛冷卻液液壓系統的離心泵的瞬態模擬方法與MRF模擬方法的準確性比較。

這種改進增加了葉輪和殼體之間與蓋板側的間隙，為泵送含有未溶解氣體的流體創造了理想的條件。計算流體動力學軟件（ANSYS-CFX）用于預測離心泵的水力性能。兩個著名的湍流模型，即重整化群（RNG）k-ε模型和剪切應力輸運（SST）k-ω模型，用于預測流型。通過實驗和非定常數值模擬與穩態數值數據的對比，驗證了計算結果。在確保流場模擬方法的準確性后，通過改變葉輪蓋板直徑對兩臺泵進行進一步的數值分析。

無局部細化（左）和動態網格自適應（右）空化建模為了模擬空化的物理現象，第一種方法使用單一流體方法。密度和靜壓的演變通過強大的正壓定律聯系起來，從而能夠對空化現象進行宏觀模擬1。用戶輸入很少，并且不需要額外的傳輸方程。正壓定律用于評估作為單元中局部靜壓函數的局部密度。根據密度的局部值和相應的蒸氣壓，計算單元可以被認為完全充滿液體（= L）、蒸氣（= V）或兩者的混合物。

在計算模型方面，液動隔膜泵往往需要模擬泵內的空化效應，這對計算模型的收斂性和魯棒性均提出了要求。部分隔膜泵為雙泵模型，結合單向閥的進出匹配性特征需要評估，在建立CFD模型時網格數量、時間步長等均對求解器的效率提出了要求。

將執行模擬以確定泵產生的壓頭，代表流體的整體壓力增加。

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。

CFD使工程師可以在運行過程中“觀察”泵或壓縮機內部，從而可以深入了解正在發生的物理過程。CFD通常采用多物理場方法，使用戶能夠分析重要現象，例如流固耦合、氣蝕和熱膨脹。了解流體運動與泵或壓縮機中閥門和其他運動部件的運動之間的相互作用至關重要。流體-結構相互作用建模使用戶可以準確模擬流體和固體組分之間的真實相互作用。空化是另一個要分析的重要現象，因為它會嚴重損壞機器。

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。