1. 離心泵的工作原理

離心泵的工作原理可以概括為液體通過泵輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使液體在泵體內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的渦流，然后渦流中的液體在離心力的作用下壓力增加，并被推送到高壓區(qū)域。這樣，離心泵能夠?qū)⒁后w從低壓區(qū)域輸送到高壓區(qū)域。

2. 模型描述

本文模擬離心泵泵水的過程，泵葉輪有5個葉片，旋轉(zhuǎn)速度為1450轉(zhuǎn)/分。蝸殼出口的質(zhì)量流量為90 kg/s。入口表壓為0 pa。模擬將確定泵產(chǎn)生的壓頭，表示流體的總壓力增加

3. 基本設(shè)置

3.1 導入網(wǎng)格：

使用Fluent軟件打開Chapter66.msh網(wǎng)格文件，文件在本文末尾鏈接資源內(nèi)。注意，本案例為3D模型，打開Fluent軟件時需勾選3D

導入mesh文件后，點擊Display，將顯示模型

3.2 修改模型尺寸

本案例模型尺寸不需要修改，打開Scale mesh查看模型尺寸是否正確

3.3 求解器設(shè)置

此處保持默認設(shè)置即可。基于密度求解器，穩(wěn)態(tài)設(shè)置，不勾選重力

4. 設(shè)置計算模型

4.1 湍流模型設(shè)置

不打開能量方程

湍流方程選擇k-omega-SST模型，與其他雙方程模型相比，如k-e模型，k-omega-SST湍流模型對于葉輪機械中的流動分離模擬更加準確

4.2 設(shè)置water材料屬性

在材料設(shè)置界面，雙擊air，打開材料設(shè)置界面。點擊Fluent Database

在Fluent Fluid Material欄下滑到最下面，找到water-liquid，點擊下面的copy，即將液體water復制到材料中

5. 計算域條件設(shè)置

本案例有兩個計算域，分布為impeller葉輪和volute蝸殼

5.1 impeller設(shè)置

雙擊impeller，彈出如下界面

Material Name選擇water-liquid

勾選Frame Motion

Rotational Velocity下的Speed (rpm)設(shè)置為1450

Rotation-Axis Direction設(shè)置z軸為1

單擊apply

注：Frame Motion和Mesh Motion的適用性

Frame Motion用于在相對于固定坐標系定義流體運動時使用。當流體的運動簡單且可以由幾個參數(shù)定義時。例如，如果想模擬繞旋轉(zhuǎn)圓柱的流動，可以使用Frame Motion。

Mesh Motion用于在相對于網(wǎng)格定義流體運動時使用。當流體的運動復雜且不能由幾個參數(shù)定義時。例如，如果想模擬發(fā)動機中活塞周圍的流動，可以使用Mesh Motion。

簡單來說，F(xiàn)rame Motion是坐標系動，Mesh Motion是網(wǎng)格動，復雜性Frame Motion<Mesh Motion<yynamic mesh

5.2 volute設(shè)置

雙擊volute，彈出如下界面

Material Name 選擇water-liquid

其他的保持默認即可

6. 邊界條件設(shè)置

本案例的邊界很多，但是對于internal和interface這里邊界基本不需要設(shè)置，只需要對inlet和wall邊界進行設(shè)置即可

6.1 wall邊界設(shè)置

impeller-hub為葉輪輪轂，因此會隨著葉輪一起運動，其相對于葉輪間的流體可認為是靜止的。

inblok-shroud為入口的壁面，相對于絕對坐標系是靜止的。

對impeller-hub邊界進行設(shè)置，雙擊impeller-hub

Wall Motion欄選擇Moving Wall，Motion欄選擇Relative to Adjacent Cell Zone，下面勾選Rotational。其他的保持默認。

解釋一下：

Wall Motion欄選擇Moving Wall表示impeller-hub是移動壁面，不是固定不動的；

Motion欄是對這個移動壁面的運動進行具體的設(shè)置。

選擇Relative to Adjacent Cell Zone，表示下面的運動設(shè)置都是相對于相鄰計算域的.

舉個例子，比如下面設(shè)置選擇Rotational，設(shè)置速度speed為100，表示的并不是impeller-hub旋轉(zhuǎn)速度是100r/min，而是相對于相鄰計算域（impeller是1450r/min），旋轉(zhuǎn)速度是100r/min，即1550r/min

勾選Rotational，表示運動是旋轉(zhuǎn)運動，因此需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸的坐標和方向。

由于impeller-hub相對于impeller是靜止的，因此Speed設(shè)置速度是0。

對inblock-shroud邊界進行設(shè)置，雙擊inblock-shroud

Wall Motion欄選擇Moving Wall，Motion欄選擇Absolute，下面勾選Rotational。其他的保持默認。

由于inblock-shroud相對于絕對參考系是靜止的，因此Speed設(shè)置速度是0。

這里Wall Motion設(shè)置為Stationary Wall即固定壁面也是可以的，上述設(shè)置只是為演示需要。

6.2 inlet設(shè)置

inlet邊界條件設(shè)置為壓力入口

將Supersonic/Initial Gauge Pressure設(shè)置為-100pa。這個壓力只是初始化壓力，對計算結(jié)果無影響。參考文章五十二、Fluent瞬態(tài)可壓縮流動

6.3 outlet設(shè)置

設(shè)置mass-flow-outlet-11為質(zhì)量流量出口。Fluent默認

mass-flow-outlet-11為質(zhì)量流量入口，需要進行更改

雙擊mass-flow-outlet-11，設(shè)置Mass Flow Rate為90

7. Turbo Model渦輪模型

打開Turbo Model渦輪模型，

創(chuàng)建turbo interfaces.

Mesh Interface：輸入nps

Interface Zones Side 1：選擇 interface-impeller-outlet

Interface Zones Side 2：選擇interface-volute-outlet

Interface Options：勾選General Turbo Interface

General Turbo Interface：選擇No Pitch-Scale

8. 求解設(shè)置

8.1 求解方法

Spatial Discretization-Gradient 選擇Green-Gauss Node Based

勾選High Order Term Relaxation

勾選Pseudo Transient，參考文章四十三、Fluent增強收斂性-偽瞬態(tài)計算

8.2 求解控制

保持默認即可

9.監(jiān)測物理量

9.1 監(jiān)測蝸殼出口的總壓力

雙擊Reports Definitions，彈出下圖窗口

依次點擊New，Surface Report，Mass-Weighted Average可彈出下圖窗口。

name：輸入p-out

Field Variable：選擇Pressure...和Total Pressure

Surfaces：選擇Outlet下的mass-flow-outlet-11

勾選Report-Plot，在Fluent會顯示曲線圖

檢測mass-flow-outlet-11面的總壓力，以質(zhì)量平均方式計算出口平均總壓力。

9.2 檢測入口總壓

重復8.1的步驟，直到彈出下圖

name：輸入p-in

Field Variable：選擇Pressure...和Total Pressure

Surfaces：選擇inlet下的inlet

勾選Report-Plot，在Fluent會顯示曲線圖

檢測inlet面的總壓力，以質(zhì)量平均方式計算入口平均總壓力。

9.3 葉片blade檢測

雙擊Reports Definitions，彈出下圖窗口

依次點擊New，Surface Report，Integral可彈出下圖窗口

name：輸入p-blade

Field Variable：選擇Pressure...和Static Pressure

Surfaces：選擇wall下的blade

勾選Report-Plot，在Fluent會顯示曲線圖

檢測blade面的靜壓力，對blade進行靜壓力積分計算。

9.4 創(chuàng)建泵頭表達式

雙擊Reports Definitions，彈出下圖窗口

單擊Expression，輸入公式

name：輸入head

公式欄輸入：({p-out} - {p-in}) / (998.2[kg/m^3] * 9.81[m/s^2])

其中的998.2為水的密度，9.81為重力加速度，這里是計算壓力差產(chǎn)生的泵壓頭。

勾選Report Plot，表示在圖形界面顯示曲線圖

勾選Print to Console，表示在控制臺輸出值

10. 初始化

混合初始化

單擊More Settings...，對混合初始化進行高級設(shè)置。

勾選Absolute

用于設(shè)置初始速度是絕對速度（absolute）還是相對速度。只有當問題涉及移動參照系moving reference frames或者sliding meshes網(wǎng)格時，此選擇才有意義。如果沒有，則這兩個選項是等效的。

勾選Use Specified Initial Pressure on Inlets

正?；旌铣跏蓟菬o法設(shè)置初始物理場的，勾選此選項，表示使用inlet壓力作為初始化壓力。

回到混合初始化界面，單擊initialize

11. 計算設(shè)置

Number of Iterations設(shè)置為500，

Timescale Factor設(shè)置為10，這是偽瞬態(tài)設(shè)置，可參考文章四十三、Fluent增強收斂性-偽瞬態(tài)計算

單擊 Calculate

12. 后處理

12.1泵產(chǎn)生的水頭

12.2 出口總壓和壓頭曲線

12.3 速度云圖

12.4 壓力云圖

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1N_F2XNM_IaCxjcDUJXqjjg?pwd=duix

提取碼：duix

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