ANSYS Fluent离心泵仿真计算

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在本教程中，您将设置一个通用流体流动模拟，以使用 Frozen Rotor 方法评估带有无叶片蜗壳的离心泵的性能。本教程演示如何执行以下操作：

•使用涡轮增压器设置无螺距-比例接口 模型。

•描述壁运动和其他边界条件。

•指定适当的求解器设置。

问题描述

要考虑的问题是带有蜗壳的离心泵的建模，如图 1 所示。泵叶轮有 5 个叶片，以 1450 RPM 的速度旋转。已知蜗壳出口处的质量流量为 90 kg/s。在入口处使用 0 pa 的表压总压。将执行模拟以确定泵产生的压头，代表流体的整体压力增加。

图1 离心泵网格模型

仿真设置

1、湍流模型的选择

图2 湍流模型的选择

在湍流模型方面，本文选择k-w SST湍流模型，这主要是因为与其他两方程模型相比，k-w SST 湍流模型可有效预测涡轮机械中的流动分离，从而可以准确评估泵性能。

2、流动介质的选择

在流动介质方面，本文主要以水为传动介质，因此从Fluent自带的流动介质库里面选择液态水介质。

3、cell zone condition设置

图3cell zone condition设置

将默认的流动介质由空气改为水，同时勾选Frame Motion。

在旋转中心和旋转轴对话框分别输入（0，0，0）和（0，0，1）（这两个参数是根据自己几何模型的坐标和方向确定的，不要所有的模型都输入这样的参数），转速方面输入1450RPM（这是根据工况要求确定的），其余保持默认。

4、边界条件设置

图4 impeller-hub设置

默认情况下，旋转壁相对于叶轮流体区域的速度为 0，只有在这种情况下才能更好的表征流体粘性引起的运动。

图4 inblock-shroud设置

inblock-shroud相对于绝对参考系是静止的（速度等于 0）（与impeller-hub相比，一个是绝对速度为0，一个是相对速度为0，细细对照模型对比一下，一个绝对速度为0，那是真静止，一个相对速度为0，那是真运动）。

图5 进口条件设置

图6 mass-flow-outlet-11出口条件设置

Turbo模型设置

1、创建Turbo interface，具体操作如下：

Domain→Turbo Model并勾选Enable→Turbo Create

图6 Turbo interface设置对话框

选择No Pitch-Scale的原因是NPS接口允许将 360 度接口连接到另一个 360 度接口。

2、求解方案设置

图7 求解方案设置

求解方案选择耦合求解器，并勾选伪瞬态求解器和高阶项松弛，详细可参考图7.

3、初始化方法选择

图8 初始化方式

由于本文执行的是稳态求解，因此未获得较好的初始场，将初始化定为Hybrid初始化。

4、时间步及时间缩放因子设置

图10 时间步及时间缩放因子设置

在这里需要注意的是时间缩放因子设置为10，计算200个迭代步，其中时间缩放因子为0.3倍的总体长度除以平均速度（这个玩意决定着收敛的快慢）。

然后点击Calculate，进行计算。

结果展示

图11 离心泵扬程随时间的变化

图12 离心泵压力场云图

图13 离心泵内流畅速度云图

图14 离心泵内流场矢量云图