CFX前处理的优化方法

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：完成整体网格的划分并检查没有错误后，就可以把ICEM中导出的.cfx5文件导入CFX中，可以进一步检查几何体网格的划分正确与否。方法如下：1.导入网格文件1）选择→→→→，打开软件以后，首先定义工作目录，然后打开前处理组件，操作如图4.2-46所示。图4.2-46 前处理选项图4.2-47 前处理选择对话框4）全部导入网格后，网格的装配图如图4.2-48所示。图4.2-48 网格装配图4.2-49 命名域窗口2.生成域导入网格成功后，需要对输入的网格定义流动域和边界条件，操作如下。

完成整体网格的划分并检查没有错误后，就可以把ICEM中导出的.cfx5文件导入CFX中，可以进一步检查几何体网格的划分正确与否。方法如下：

1.导入网格文件

1）选择【开始】→【所有程序】→【ANSYS14.5】→【Fluid Dynamics】→【CFX14.5】，打开软件以后，首先定义工作目录，然后打开前处理组件，操作如图4.2-46所示。

2）打开前处理组件后选择新建文件，操作步骤如下：选择【】→【General】→【OK】→【OK】。

3）在新建文件后，需要把划分的网格导出文件.cfx导入前处理组件中，具体如下：

在窗口左侧的模型树下，选择【Mesh】→【Import Mesh】→【ICEM CFD】，会弹出如图4.2-47所示的对话框，在单位选项中建议使用默认选项mm，网格输出文件.cfx5可以按住Ctrl键不放，一次选择所有文件，单击【Open】。

图4.2-46 前处理选项

图4.2-47 前处理选择对话框

4）全部导入网格后，网格的装配图如图4.2-48所示。

图4.2-48 网格装配

图4.2-49 命名域窗口

2.生成域

导入网格成功后，需要对输入的网格定义流动域和边界条件，操作如下。

1）定义流动域的操作为：选择【】，弹出如图4.2-49所示的窗口，输入流体域的名称，单击【OK】，弹出如图4.2-50所示的对话框。

2）在Location后的下拉选项中选择要定义的几何体，在Domain后选择流体域，在坐标系选项中选择默认，在流体介质中选择水，参考压强选择一个大气压，域是旋转的，选择速度按右手定则定义，并且定义选择轴；在湍流模型下的菜单里只需要选择k-Epsilon湍流模型，或其他需要选择的湍流模型，完成后单击【OK】。

图4.2-50 定义域对话框

3）按照类似的操作步骤，把所有的流体域都定义属性，叶轮水体定义为旋转流体域，导叶水体定义为静止（不旋转）的流体域，其他部件以此类推。

定义了流体域后，才能定义交界面，即流体域和流体域之间的交界面，这个交界面在实际中是不存在的，而是因画网格和定义流体域的需要，把流体域分成了各个区域，但在计算中，这些交界面是有数值传递误差的，通过定义交界面上网格节点的数值传递方式，可以尽量减小这种误差。

4）定义交界面的操作如下：选择【】弹出图4.2-51所示的窗口，定义交界面的名称，单击【OK】。弹出如图4.2-52所示的对话框。

图4.2-51 命名交界面窗口

图4.2-52 定义交界面对话框

5）在交界面类型一栏中选择流体域与流体域的交接，在交界面的模型选择中，如果是动静或动动流体域的交接，需要选择【Frozen Rotor】→【Speciﬁed Pitch Angles】→【360（degree）】→【360（degree）】，而如果是静静流体域的交接，选项如图4.2-52所示。

按照上述方法定义完所有的交界面后，需要定义流体域的进出口及壁面属性。流体域的装配有总的进口（Inlet），即水流入多级泵的入口，同时也有总的出口（Outlet），即泵的出口。除此之外，还有流体与叶片、导叶以及泵壁接触的位置，这些都可以定义为Wall，通过这些正确的定义，CFX才能识别流体域中所包含的叶轮导叶的运动状况，从而计算出通过多级泵的流体流动状态。

6）定义壁面及进出口的操作为：选择对应流体域【右键】→【Insert】→【Boundary】，这时会弹出如图4.2-53所示的窗口，输入流体边界的名称，单击【OK】，这时会弹出如图4.2-54所示的对话框。

图4.2-53 命名边界窗口

图4.2-54 定义边界对话框

7）定义是边界类型，是进口，出口，或者壁面，相应选择【Inlet】，【Opening】，【Wall】。

这里的出口之所以不选择“Outlet”，是因为真实的泵的出口会有回流的出现，特别是小流量的情况下，回流会更加明显。在这样的背景下，如果出口选择“Outlet”，就代表没有回流，这在泵的流动中是不符合实际情况的，因此我们选择“Opening”，表示回流的产生，这是符合流动规律的。

8）选择了进出口的边界类型，接下来选择边界位置，同时需要定义进口速度和出口的压强，其他选项选择默认，单击【OK】。

9）定义壁面边界条件，如图4.2-55所示，边界条件选Wall，位置为下拉菜单中的选项，这里需要注意的是可以按Ctrl键同时选择多项。而壁面在这里设置的是无滑移的，壁面的表面粗糙度为0.05mm。

图4.2-55 定义Wall对话框

需要说明的是，实例中的0.05mm是根据泵的铸造工艺来定义的。如果铸造工艺为精密铸造，可以选择0.025mm，而一般的铸造，0.05mm的表面粗糙度是可以接受的。

10）通过以上设置，把装配水体的流体域、交界面、边界条件定义以后，需要定义CFX计算的定义条件。

在模型数的中，选择【Solver】→【Solver Control】，弹出如图4.2-56的对话框。这里需要注意的是定义最大迭代步数一般为1000步以上，而收敛残差建议为10^-5，甚至更小，只有这样才能保证计算的准确性。

11）定义了计算条件后，需要定义监测窗口的曲线意义，一般我们定义进口压强、出口压强以及扬程。

操作步骤为，选择【Output Control】→【Minitor】，会弹出图4.2-56所示的对话框，单击【】，在Option中选择Expression，在表达式中输入massFlow Ave（Total Pressure）@inlet，表示监测进口处的平均质量流量的总压。

图4.2-56 定义计算对话框

同理，定义出口监测为massFlow Ave（Total Pressure）@outlet，扬程定义为（massFlow Ave（Total Pressure）@outlet-massFlow Ave（Total Pressure）@inlet）/g/1000（kgm^-3）。

上述定义完成后，需要定义输出前处理的设置过程。

3.开始计算

选择【】→【Save】，会弹出如图4.2-57所示的对话框，需要定义计算文件的目录，同时定义是否并行计算，然后选择【Start Run】。

图4.2-57 开始计算对话框

CFX前处理的优化方法

相关推荐