ANSYS CFX 带蜗壳离心泵性能仿真分析

一、模型说明

本案例基于ANSYS 2019R3 Workbench平台，通过BladeGen软件对离心泵叶轮水体进行建模，导入TurboGrid自动完成高质量六面体网格划分；蜗壳水体通过ANSYS Meshing自动划分非结构四面体网格；

拖拽CFX模块，连接B2单元和C2单元，导入离心泵叶轮网格模型；连接D3单元和C2单元，右键更新D3单元，完成蜗壳和叶轮网格模型装配；

双击C2单元启动CFX-Pre，右键单击叶轮模型通过“Transform Mesh”生成完整叶轮模型；

二、分析设置

• 定义计算域
  

右键单击蜗壳模型插入静止流体域命名“Volute”，鼠标点击“Location”黄色区域，在图形区域左键选择蜗壳水体，并完成计算域设置；

选择“Default Domain”右键重命名为“Impeller”，双击进行转动域设置界面，定义材料-Water，相对压力-0atm，转速-1450RPM，以及转轴-Z轴；关闭传热模型，设置湍流模型为SST（Shear Stress Transport）；

• 定义边界条件
  

选择“Impeller domain”右键插入入口边界命名“Impeller Inlet”位置选择“Entire INBlock INFLOW”；

设置入口相对压力1bar；

选择“Volute domain”右键插入出口边界，设置出口边界质量流率77.5kg/s；

选择“Impeller domain”右键插入“旋转-Rotaing”、“无滑移-No Slip wall”的hub wall、shroud wall 以及blade wall边界；

选择Interfaces右键插入Interface 边界命名“domain Interface 1”；采用“Frozen Rotor”-冻结转子模型，设置Pitch Angle Side1/2=360°，Mesh Connection选择GGI；

三、求解设置

插入自定义表达式“总扭矩”、“功率”、“水头”以及“水力效率”

输出控制设置：双击“Output Control”设置“Monitor”：分别命名为“Torque”、“Power”、“Head”及“Efficiency”并选择上步骤自定义表达式；

求解设置：最大迭代步数300，物理时间步长表达式输入表达式1[rad]/MyRPM，收敛残差10^-5；

退出CFX-Pre保存文件，右键单击C3单元选择“Edit”，设置4HPC并行运算，勾选“Show Advanced Controls”设置“Partitioner”下的“Memory Alloc Factor”=1.2（CFX求解器编写语言为Fortran，偶尔CFX计算会出现内存不足的“Error”，需调整“Memory Allocation Factor”在1.2-2之间），开始运行计算；

四、后处理设置

时间步长约250步，收敛残差达到10^-5，监测曲线数值趋于稳定（鼠标左键单击曲线末端可显示计算迭代步数250，以及相应的监测数值Head=22.366m），计算收敛；

右键单击“User Points”空白区域选择“Monitor Properties”单独显示“Efficiency”监测曲线；

并在“Range Settings”选项卡下设置其数值范围“0-1”，在“Workspace”区域单独显示“效率”监测曲线;

返回Workbench主界面，双击C4单元“Results”启动后处理软件CFD-Post；

在“Turbo”下双击Component（Impeller）勾选“360 Case without Perridics”选项，并进行“Initialize”操作（否则会报错“Warning”）；

插入“Turbo Surface 1”在50% Span位置；

在蜗壳域内插入“Plane 1”，Method选择“XYPlane”Z输入表达式“MaxVal(z)@Turbo Surface 1”（平面1位置会随涡轮表面1的位置改变而改变）；

插入静压力云图“Contour 1”，位置选择“Turbo Surface 1”和“Plane 1”，范围选择“Local”；

插入表格“Table 1”，视图切换至“Table Viewer”，在图表中进行表达式的输入和相关参数的计算;（注意效率计算中的功率需要转换成“轴功率/W”）

保存文件，关闭软件；

。。。。。。END。。。。。。

文章来源：CFD小学生