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0617-FLUENT离心风机仿真.doc

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Fluent离心风机仿真

第一章计算流体力学的基本概念

计算流体力学(CFD)是一种由计算机模拟流体流动相关传递现象的系统分析方法和工具。CFD的长处是适应性强、应用面广。CFD的基本思路是:把原来在时间域和空间域上连续的物理量场,用一系列离散点的变量值的集合来代替,并通过一定的原则和方式建立起反应这些离散点上场变量之间关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似解。CFD计算主要包括前处理、求解和后处理三部分。

1.1CFD前处理

在CFD计算中,前处理一般要占一半以上的时间,主要用于模型修整、网格生成和计算域、边界条件的设定等。前处理阶段需要进行的工作包括:

=1\*GB2⑴定义所求问题的几何计算域;

=2\*GB2⑵将计算域划分为多个互不重叠的子区域,形成由单元组成的网格;

=3\*GB2⑶对所要研究的现象进行抽象,选择相应的控制方程;

=4\*GB2⑷定义流体的属性参数。

1.2CFD后处理

由于计算机技术的不断进步,CFD软件提供的数据可视化技术和工具越来越多,如计算域和网格显示;等值线图(云图,包括压力云图、速度云图等);矢量图(如速度矢量图);颗粒追踪;动画输出等。

第二章模型处理

2.1模型处理WORKBENCH19.2

打开workbench19.2,拖入模型模块(Geometry),导入离心风机模型,模型由三个部分组成:外壳、导流部分、叶轮部分,如图2.1所示。

离心风机模型

对外壳和导流两个部分合并成一个部分。对流体域进行仿真时,先建立流体区域,隐藏叶轮部分,选择全部面,除去外部区域,因此得到内部流体域模型。流体域为了进行仿真,分为两个部分:动域和静域。创建一个可以切分的面,使用拉伸命令(Extrude)进行拉伸。利用拉出来的圆柱体作为切分的表面。把外面的部分取名为outer,里面的部分为inner。

第三章ICEM网格

非结构网格节点之间的邻接是无序的、不规则的,每个网格点可以有不同的邻接网格数。

网格质量与具体问题的几何特性、流动特性及流场求解算法有关。网格质量影响单元间的通量计算,因此直接影响计算精度和收敛的难易程度。网格质量的考核指标包括节点分布、光滑性及单元的形状等。

连续性区域被离散化使流动的特征解与网格上节点的密度和分布直接相关。Fluent可以改变单元体积或网格体积梯度来精化网格,提供网格的光滑性。

3.1旋转域非结构网格划分

拖入ICEM模块,对模型旋转域进行网格划分。进入ICEM之后,进行修复模型。

全局网格定为0.03后生成网格。再进行监测网格质量SmoothMeshGlobally-Uptovalue光滑性为0.4。

3.2静域非结构网格划分

拖入ICEM模块,对模型静域进行网格划分。进入ICEM之后,进行修复模型。全局网格定为0.03后生成网格。设置网格大小为0.002,再进行监测网格质量SmoothMeshGlobally-Uptovalue光滑性为0.4。

3.3网格装配

拖入一个ICEM模块,打开模型,先插入外部流体域的网格,再插入外部流体域的网格。

第四章Fluent仿真

4.1仿真操作过程

拖入一个Fluent模块在装配好的网格之后,进入Fluent模块,将转速的单位(angular-velocity)调整为rpm。rpm为RevolutionsPerminute,转/分钟。

在湍流模型里(Viscous-Laminar)选择k-epsilon标准的湍流模型。湍流流动是非常复杂的流动,计算湍流流动时,标准k-?型方程是半经验公式,主要是基于湍流动能和扩散率。湍流动能方程—k方程是个精准方程,而湍流耗散率方程—?方程是个由经验公式导出的方程。k-?模型假定流场完全是湍流,分子之间的粘性可以忽略。因此标准k-?型只对完全湍流的流场有效。Realizablek-?模型能更好地解决旋转均匀剪切流、管内流动、边界层流动和带有分离的流动等。

模拟运动部件有5种方法:单参考坐标系法、多参考坐标系法、混合平面法、滑移网格法和动网格法。前三种方法主要用于稳态,而网格滑移和动网格本质是瞬态的。简单的说,稳态就是流场中流体参数不随时间变化,达到稳定的状态。单参考坐标系不适合包括有静止域和运动域的多域问题。把域分割为多个域:转域和动域。域之间通过交界面(interface)传递数据。

CellZoneConditions里勾选FrameMotion多重参考系法,转速Speed设置为3000,转速方向使用右手定则。在BoundaryConditions里设置blades,WallMotion为MovingWall,绝对转速为3000。在pressure-inlet和pressure-outlet里面湍流系数

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