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CFX案例|齿轮泵

内容纲要

本案例演示在CFX中利用浸没实体(Immersed Solid)模拟齿轮泵的基本过程。

计算结果如下所示。

1 问题描述

计算模型如图所示。

出口处的平均相对静压为1 psi;进口处的相对总压为0 psi。内部齿轮转子的旋转速率为7转/秒;外部齿轮转子的旋转速度为6转/秒。两个转子之间的流体区域直径约为7.3厘米。

案例使用浸没实体域来模拟内部转子,利用一个旋转的流体域来模拟紧贴内部转子的水,以及一个静止的流体域来建模进出口通道中的水。为模拟静止的泵壳(未在图中显示),将在旋转流体域的顶部(正Z面)上的非重叠部分(位于进出口通道之间)上应用反向旋转壁面条件。为模拟外转子齿的上表面,将在进出口室的下表面的非重叠部分上应用旋转壁面条件。

注:浸没实体与重叠网格有点儿类似,但前处理有所不同,网格不需要挖洞,更容易处理。浸没实体模型的边界位置计算精度比不上重叠网格。目前商业软件中,只发现CFX中提供有浸没实体模型。

2 CFX设置

  • 启动CFX,指定工作路径,进入CFX-Pre
  • 选择菜单File > New Case打开设置对话框,选择General项创建case
  • 保存case文件为ImmersedSolid

2.1 导入网格

  • 右键选择模型树节点Mesh,点击弹出菜单项Import Mesh > CFX Mesh导入计算网格ImmersedSolid.gtm

导入的网格如图所示。

2.2 创建表达式

创建用于定义瞬态时间步长的表达式。内(或外)转子每1/42秒经过一个齿。选择一个时间步长,以30个时间间隔来求解此运动。

  • 右键选择模型树节点Expressions,点击弹出菜单项Insert → Expression插入表达式,命名为dt
  • 定义表达式为(1/42)[s]/30
  • 相同方式定义另一个表达式total time

2.3 设置分析类型

  • 右键选择模型树节点Analysis Type,点击弹出菜单项Edit打开设置面板
  • 如下图所示设置瞬态计算参数

2.4 创建区域

1、创建浸没实体域

  • 选择菜单Insert > Domain创建区域并命名为ImmersedSolid

2、创建静止流体域

  • 选择菜单Insert > Domain创建区域并命名为StationaryFluid
  • 设置Fluid Models选项卡中的参数,如下图所示
  • 设置Initialization选项卡中的参数

3、创建旋转流体域

  • 复制静止流体域并修改名称为RotatingFluid
  • 设置Basic Settings选项卡中的参数

2.5 创建区域交界面

  • 右键选择模型树节点Interfaces,点击弹出菜单项Insert → Domain Interface
  • 如下图所示设置Basic Settings选项卡中的参数,点击OK按钮关闭对话框
  • 编辑模型树节点StationaryFluid > Domain Interface 1 Side 1
  • 编辑模型树节点RotatingFluid > Domain Interface 1 Side 2

2.6 创建边界条件

1、入口边界

  • 创建边界条件in
  • 指定入口位置为inlet
  • 指定入口总压为0 psi

2、出口边界

  • 相同的方式在StationaryFluid区域中创建边界条件out
  • 指定出口静压为1 psi

2.7 求解控制

  • 右键选择模型树节点Solver Control,点击弹出菜单Edit
  • 如下图所示设置参数

2.8 设置数据输出

  • 右键选择Output Control,点击弹出菜单项Edit
  • 指定瞬态输出内容,如下图所示
  • 定义监测变量

2.9 求解计算

  • 点击工具栏按钮Define Run
  • 进行求解计算
  • 监测的边界流量如下图所示

3 计算结果

后处理过程略。

压力随时间变化如图所示。

注:本案例为CFX Tutorials。案例文件可在ANSYS官网下载。


(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《CFX案例|齿轮泵》
文章链接:https://www.topcfd.cn/34464/
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