不可压缩流动方程组中没有显式的压力方程，为解决压力求解与速度耦合的问题，Patankar和Spalding提出压力预测-修正方法，称为SIMPLE算法。则修正后的压力和速度计算公式可写为为了求出这些修正量p'、u'和v'，这里假设已经知道压力场的正确值p，将p代入式和式，可以得到速度场的正确值u、v。这时将式减去式，有u-u*=u′；将式减去式，有v-v*=v′。综上，可将SIMPLE算法的求解步骤总结为：1）假设压力初场p*。......
2023-06-26
叶片泵设计商业离心泵求解器：Fluent的三种核心模块简介
【摘要】：对于离心泵这样的复杂流动计算，需要用到专业的求解器来完成计算工作。目前，Fluent提供了3种求解核心模块。1）基于压力的分离求解器，该算法基于经典的SIMPLE算法，其适用范围为不可压缩流动和中等可压缩流动。2）基于密度的显式求解器，主要用来求解可压缩流动。CFX是全球首款采用全隐式多块网格耦合求解技术的商业CFD软件，加上其最先研发成功的多重网格技术，使得其求解速度更快。
对于离心泵这样的复杂流动计算，需要用到专业的求解器来完成计算工作。常用的求解器有PHEONICS、Fluent、CFX、STAR-CD等。下面简要介绍上述四种软件。
1.PHEONICS软件
1974年，帝国理工学院的Spalding教授成立CHAM公司，专业致力于为工业界提供可靠的CFD工具，该公司在1981年发表了一款名为PHEONICS的商用CFD软件，这也是全球第一款商用CFD软件。
PHEONICS可用于传热、流动、反应、燃烧过程的通用流场模拟。广泛用于航空航天、船舶、汽车、暖通空调、环境、能源动力、化工等各个领域。有关流动、传热、化学反应及燃烧过程的现象都可以采用该软件进行模拟。该软件涵盖了20多种湍流模型，包括多种多相流模型，多流体模型，燃烧模型，辐射模型等。还提供两种专用模块：建筑模块（FLAIR）和电站锅炉模块（COFFUS）。
2.Fluent软件
几乎在PHEONICS软件发布的同时，谢菲尔德大学的Swithenbank和Boysan也正在筹划自己的商业CFD程序，他们的工作被Creare公司的Patel所注意，并鼓励他们开发成自己的CFD商用软件包，这样，在1983年一款名为Fluent的通用CFD软件发布。目前，Fluent提供了3种求解核心模块。
1）基于压力的分离求解器，该算法基于经典的SIMPLE算法，其适用范围为不可压缩流动和中等可压缩流动。该求解器可以与燃烧、化学反应、辐射、多相流模型耦合，求解流动传热等问题。
2）基于密度的显式求解器，主要用来求解可压缩流动（跨声速、超声速流动及高超声速）。该算法对整个Navier-Stokes方程组进行联立求解，空间离散采用通量差分分裂格式，在间断分辨率、黏性分辨率及稳定性方面均表现良好。
3）基于密度的隐式求解器，该算法对Navier-Stokes方程组进行联立求解，由于采用隐式格式，因而计算精度与收敛性要优于显式求解器，但占用内存较多。
Fluent提供了丰富的湍流、燃烧、辐射、多相模型，支持并行及动网格技术。另外，Fluent还提供自定义函数接口，为用户开发自定义模型及求解自定义传输方程提供了极大的便利。
3.CFX软件
1985年，加拿大的ASC公司开发并推出非结构求解器TASCflow软件，20世纪90年代被英国原子能管理局的AEA技术公司购入，更名为CFX软件。
CFX是全球首款采用全隐式多块网格耦合求解技术的商业CFD软件，加上其最先研发成功的多重网格技术，使得其求解速度更快。其更名前的CFX-TASCflo软件专业致力于透平机械内流数值模拟，在各类气动、水动力旋转机械的仿真领域取得了极大的成功，GE、普惠、罗罗等世界著名航空透平研发企业均采用该软件作为模型数值评估的重要技术手段。其专业的前处理工具ICEM CFD也曾为其增色不少。
另外，CFX也提供了丰富的湍流、燃烧、辐射、多相模型，也同样支持基于Fortran语言的用户自定义接口，CFX的后处理功能丰富，用户操作体验良好。
4.STAR-CD软件
1987年，帝国理工学院的Gosman教授成立了名为CD的商业CFD公司，Gosman的主要研究集中在非结构网格有限体积法及动网格相关技术。该公司也推出了名为STAR-CD的通用CFD软件。
STAR-CD求解器可用于热流解析，导热、对流、辐射等领域，在多相流问题、化学反应/燃烧问题、旋转机械问题、流动噪声问题等方面有着良好的表现，尤其在内燃机领域有着深厚的用户基础。
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