Fluent风机计算教程.docx

Fluent风机计算教程.docx

《Fluent风机计算教程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Fluent风机计算教程.docx（72页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Fluent风机计算教程

离心风机数值计算

教　程

西北工业大学　航海学院编制

1、流场建模

１、１蜗壳部分流场建模

（1）草绘蜗壳轮廓

（2）拉伸草图,绘制流域

（３）扣除叶轮部分

（4）增加风机出口

1、２叶轮流场建模

（1）拉伸草图

（2）扣除叶轮电机与进风口

（3）扣除叶片与叶轮盘

（４）静态线框图

1、3保存

（１）建立得三维模型需要保存成igeｓ、steｐ或X—T等三维模型通用格式，便于导入CＦD前处理软件.

ﻬ2.CFD前处理

　　2、1Gamｂｉｔ软件介绍

（１）Gambiｔ快捷键

快捷键

功能

鼠标左键

旋转

鼠标中键

平移

鼠标右键

缩放

Shｉft+鼠标左键

选中

Shｉft+鼠标中键

框选、反向、替换换当先选中项

Shiｆｔ+鼠标右键

确定（相当于点击Ａpplｙ按钮）

（２）各按钮功能简要介绍

几何体操作按钮,激活后第二排分别为点、线、面、体与几何组按钮,分别激活可以进一步操作。

网格划分操作按钮,激活后第二排分别为边界层网格、边网格、面网格、体网格与几何组网格按钮,分别激活可以进一步操作。

边界条件设置操作按钮,激活后第二排分别为边界边界条件设置（进出口设置）与区域类型设置（定区域、静区域设置）按钮,分别激活可以进一步操作。

常用工具操作按钮,激活后第二排分别为坐标系设置、函数法生成网格、轴流叶轮工具等,分别激活可以进一步操作。

对于该模型,没有使用这一项。

功能按钮区,常用得有:

适应窗口大小、调整显示坐标方向、隐藏几何体、转换静态线框模型与与实体模型、撤销与重做以及网格质量统计等功能。

2、2　文件导入

（1）打开Fluent前处理软件Gambit2、4、6,分别导入蜗壳与叶轮部分得stｅｐ文件wokｅ、stp与yelｕn、ｓtp。

→SＴEP、、、

（２）先导入叶轮部分，再导入蜗壳部分

（3）全部导入后发现建模时，叶轮与蜗壳得坐标系不统一，二者位置关系不正确。

此时需要将蜗壳部分相对于ｘoy平面翻转18０度.

（4）以实体图显示:

（5）将叶轮部分两端凹进部分补齐，分别作为叶轮进口。

此操作主要目得就是产生A、Ｂ两环面,并将这两个换面定义为wall类型，可以模拟风机进口处得挡风环。

选择第二项,根据面拉伸成体。

（６）选择面（face），红色即为选中

（7）选着拉伸引导线（ｅｄge）红色即为选中，注意引导线得箭头方向，如果不对“ｓhift+鼠标中键”可以改变直线方向

（8）最终效果

（9）同样方法处理蜗壳另一端凹处。

2、3网格划分

鉴于该模型得复杂程度，采用非结构化网格。

为了节省计算机资源，提高工作效率，尽量保重流动复杂得区域网格相对较密.为了保证网格疏密程度，首先给定每一条线得网格节点数目。

注意不足1毫米得线段,比如叶片厚度、叶轮盘厚度方向可以不给网格节点，即默认为该线段上仅有一个网格节点。

为了便于操作,可以隐藏暂时不需要得部分。

点击右下角工具栏最下面一行第二个按钮,在弹出得新对话框选中要隐藏得体，把Vｉsible属性改为ofｆ，即可隐藏不需要得体。

（1）叶轮盘网格节点间距分配方案:

　　A。

叶轮盘周边网格间距２mm

B．叶片圆弧处网格间距设为1、5mm

C.叶片高度方向网格间距设为2mｍ,此处网格节点并非均匀变化,采用ＳucｃessiveRａｔio,激活Doubｌeside，Ｒaｔio1与Raｔiｏ２均设为1、０2、

　　　　D。

叶轮区域中间线段划分

　　　E.叶轮盘其她曲线划分

F。

叶轮外侧轴向网格节点间距４mm

（2）蜗壳网格节点划分

A.隐藏叶轮部分,划分蜗壳与进口两端得边网格节点

B．风机两端进风口处边网格设定1０0个节点,进口附近、蜗壳部分靠近叶轮一侧与蜗舌附近处边网格节点间距3mｍ

Ｃ．蜗壳部分靠近叶轮一侧轴向网格节点间距4m

D.蜗壳外侧周围边网格节点4mm

E.过渡位置网格间距3、5mm，间距比例１、02

Ｆ。

蜗壳出口与外侧轴线方向网格节点间距5mｍ

（3）划分体网格

风机两端出口由于形状规则，分别为圆柱与圆环,可以采用Hｅx/Wedge　cooper方式划分六面体网格;叶轮与蜗壳形状比较复杂，采用Ｔet／ＨybｒiｄTGｒid　方式划分四面体非结构化网格。

（４）检查网格质量与网格数目：

网格质量检查结果:

叶轮部分：

进口部分：

蜗壳部分

整体情况：

可以发现总网格数目为270万，最大网格扭曲度小于0、８６（小于0、97为合格）,扭曲程度严重得网格位于叶轮部分，如果计算出现不收敛或非物理现象很可能由该部分网格质量较差造成。

2、４边界条件设置：

（１）边界名称设置：

蜗壳外侧定义为ｗall类型,取名为woke;

叶片、叶轮盘等旋转部件表面定义为ｗａll类型，取名为Mｏvｉnｇ＿wall;

电机表面定义为wall类型,取名ｄiaｎjｉ;

风机进口挡风环（前面提到得Ａ、B面）与叶轮部分端面定义为ｗａｌl类型，取名ｉn＿walｌ;

风机进口定义为Pressｕre_iｎlｅt类型，分别取名ｉｎｌet1与inｌet2；

风机出口定义为Preｓsurｅ_outｌet类型，取名ｏutlet。

（2）流场区域划分

将流场分为两个区域,一个区域为叶轮部分，类型为FLUＩD，名称为Mｏvｉｎg（作为动区域）；一个区域为蜗壳部分与进口部分，类型为FＬUID，名称为Ｓtatic（作为静区域）.

注意:

边界命名与区域命名对计算没有任何影响,一般取名尽量有规律，可以帮助记忆，在Fｌuent设置中能够一目了然.

2、5输出文件

输出网格，保存ｍｅｓh文件（→mesh→Ａpｐly）

注意：

绘制2d模型网格时需要激活“Eｘpｏrt2—D（X-Y）Ｍeｓh"选项

ﻬ３、Ｆluent计算

（1）启动方式一：

双击打开AｎsysFlueｎt14，选定3ｄ计算模型、双精度求解器、并行运算（2线程）。

（２）启动方式二:

右键点击“ＡnｓysFｌuent１4快捷方式"，选择“属性”选项，将目标”C:

\ProgｒamFileｓ\ANSＹS　Ｉnc＼ｖ140\fｌueｎt\nｔbin\win6４＼flｕeｎt、eｘe＂—ｒ１４、0、0改成”C：

\PrｏgｒamFiｌes\AＮSYS　Ｉｎc\v140＼flｕenｔ\nｔbｉn\wｉｎ６4\fluｅnt、exe”—r14、0、0-t2　3dｄｐ

注意:

空格不能略去,-t2表示双线程，3dｄｐ表示3d模型双精度求解器。

（３）启动AnｓysFluent　14之后得界面

（４）读入网格文件（、msh文件）

→mｅsh（或caｓe）→meｓh→选取保存得、ｍsh文件

注意:

操作面板左侧与最上面一行都就是操作菜单选项，功能基本一样,左侧按功能分类，依次为设置、求解、后处理.

（5）初始化模型单位

建模时以毫米为单位，Flｕeｎｔ默认单位就是米,需要对模型单位进行初始化.Problem　Sｅtup→Geｎｅral→Ｓcaｌe→Seｌeｃｔ→mｍ→Scalｅ。

如果操作失误可以点击Uｎｓｃale撤销操作.

Scaｌe前:

Scａle后：

（６）检查网格

检查网格质量,就是所建模型能够进行数值计算得最基本得保障。

如果网格检查失败,无法进行后续计算,必须找出原因,直至网格检查成功。

ProblemSeｔuｐ→Ｇｅnｅral→Ｃheｃk

提示网格检查失败,主要原因就是有未定义得interｆace,需要对inteｒface面进行定义。

ProbｌｅmSeｔup→MeｓhＩntｅrfaｃes→Cｒeaｔe/Edｉt，在meshinｔerfａce框中输入ｉnｔerfaｃe得名称（随便定义,必须以字母开头），Inteｒfａｃｅ　Zonｅ1与InｔｅｒｆaceＺone２中分别选择对应得Interface面,最后点击Creaｔ，此处共有三对ｉｎｔerfaｃｅ，因此需要分别定义。

重新检查网格，提示网格检查成功。

（7）定义求解器

ProblemＳetｕｐ→Genｅrａl→Sｏlｖeｒ

Type:

密度基求解器（Density－Bａsed）主要用于高马赫数,密度变化较大得情况,此处选用压力基求解器（Pｒeｓsｕre-Ｂasｅd）.

Ｖelｏcity—Ｆormulａtiｏn:

速度方程选用默认选项，即绝对方程。

Time:

Steａdy为定长计算，Ｔｒａnsiｅnt为非定长计算，流场计算使用定长,计算噪声则需要定常与非定长相结合。

Grａvity:

激活该选项表示考虑重力影响,此处可以忽略重力影响即不激活该选项。

（8）定义能量方程:

ＰroｂleｍSetup→Ｍodｅlｓ→Eｎeｒgy—Ofｆ→勾选Eneｒgｙ　Equatiｏn→OK

注意：

该离心风机模型,空气密度变化很小（1％左右）,能量方程对计算结果影响可以忽而略不计,可以不选能量方程进而节省计算机资源。

（９）定义湍流方程:

ＰroblｅｍSetuｐ→Modelｓ→Vｉsｃouｓ—Laminaｒ→激活K—ｅｐsilｉｏn（2eｑｎ）→选择RNG→勾选Swirl　ＤomｉｎatedFloｗ→选择SｔandarｄＷallFｕnctｉon（标准壁面函数）→OK

（1０）定义材料属性

ＰｒobｌemSｅｔuｐ→Maｔerials→air→Densiｔy，选择ideaｌ—gas,即理想气体模型,然后点击Chａnge／Ｃｒｅaｔe.

注意:

该模型中压力不就是很高，空气得压缩可以忽略不计，可以不考虑密度变化，即设定密度为常数。

（10）定义MRＦ计算模型

MoviｎgRefeｒｅnceFrａme（MＲF）,即以叶轮为参考系求解整个流场。

MRF模型就是Fluenｔ用稳态算法计算旋转机械得主要工具。

ＭRF中可以设置对应得叶轮转速，旋转中心等相关参数。

此处需要将叶轮区域（mｏvｉng）设置成MＲF。

Problｅｍ　Setup→CeｌlZonｅCｏnditｉons→勾选Frame　Mｏｔiｏn,设置旋转中心、旋转轴、转速、旋转中心平动速度,本算例可设定坐标原点为旋转中心、Z轴为转轴、转速根据具体工况来定（换算成弧度每秒，需考虑正负）、旋转中心固定即TraｎslatｉｏnａｌVelocity为0。

Static区域不用进行设置，即采用默认设置。

（11）定义边界条件（PｒoｂleｍSetup→BounｄaryＣｏnditions）

进口：

选中ｉnleｔ＿1,确定Type为Pｒessure_inｌｅt,否则改为Ｐresｓure_inlet。

点击Edit，在弹出得新对话框中Gaｕgｅ　TｏｔalPressurｅ（pascal）一项设置进口总压（表压强），其余保持默认值。

此处不考虑进口损失,设进口总压为标准大气压，即表压0Ｐa。

同样方法设置ｉnleｔ_2。

出口：

选中outlet,确定Tｙpe为Preｓsｕｒe_outlet,否则改为Pressｕre_outlet.点击Ｅdit，在弹出得新对话框中GａugｅTotalＰresｓurｅ（pascａl）一项设置出口背压（静压表压强），其余保持默认值。

叶轮：

选中Moｖing＿wall，确定Type为wall，否则改为wａll.点击Edit，在新弹出得对话框中选中Moviｎgwａll，Rｅlatiｖeｔo　AｄｊacentＣeｌlZｏｎｅ，Spｅeｄ（raｄ/s）设为0，选中Roｔational　,Roｔation-AxisＯriｇin设为坐标原点,Rotation—Axis设为ｚ轴,