在CFX12中侵入式实体实例齿轮泵模型文件.docx

1、在CFX12中侵入式实体实例齿轮泵模型文件在CFX12中侵入式实体实例-齿轮泵（本例来源CFX12的帮助文件）名称：利用侵入式实体对齿轮泵进行流体动力学仿真模拟说明：侵入式实体是CFX12中新增加的功能，利用该方法，可以不用进行几何重构和网格重新划分而获得将单个连续流体域分割成多个不连续流体域的流体仿真结果；而在以前的流体分析中，一般要求计算的流体域是连续的，即流体计算需要计算连续性方程。下面开始我的学习之旅！1、 本例的特征说明在本例中，将会学习到如下内容：设定一个侵入式实体域应用一个“考虑旋转”的墙边界条件利用CEL表达式监视求解过程的执行在CFX-POST中生成XY坐标的瞬态图表生成一个

2、结果动画ComponentFeatureDetailsCFX-PreUser ModeGeneral ModeDomain TypeImmersed SolidFluid DomainAnalysis TypeTransientFluid TypeContinuous FluidBoundary Conditions Inlet BoundaryOutlet BoundaryDomain InterfaceFluid FluidCFD-PostChartsMass Flow RatePressure DifferenceAnimationVelocity VectorMovie2、 求解问题的

3、总体简述在本例中，你将模拟如下图的一个齿轮泵。利用CFX中的侵入式实体功能对于流过流体的齿轮泵进行模拟计算。在入口处有相对总体压力10 Psi，在出口处静态压力为参考压力。在齿轮泵内部，齿轮转速7 rps，齿轮泵外部转速6 rps，流体所在的区域直径约7.3 cm。对于泵内部旋转的齿轮，利用侵入式实体进行模型设定，对于泵内的流体利用旋转流体域进行模型设定，而对于入口和出口的流体通道设定为静态域。对于本齿轮泵外部的静态泵壳采用“考虑旋转”的墙体边界条件，在与入口和出口流体通道非重叠的部分，位于正Z轴方向；对于泵外壳上的齿轮上表面，设定为旋转墙，在与入口和出口流体腔体的非重叠的部分，位于负Z轴方向

4、。对于周期性的旋转流体，需要满足如下条件：（1）旋转流体域的网格需要有周期性的旋转，以至于看起来每个齿流过流体之后是一样的；（2）侵入式实体的外部边界网格应该是周期性旋转的，以至于看起来每个内部的齿流过流体之后是一样的；（3）一个整数倍的总体时间步长应该与单个齿流过流体的时间相对应。3、 开始之前的准备建议您完成之前的例子学习之后再进行本例的学习，如果这个例子是您学习的第一个例子，请按顺序参考如下部分：（1）在标准模式下设定工作目录并启动CFX。（2）在ANSYS Workbench中运行CFX的例子。（3）改变显示颜色。（4）执行一个例子任务文件。4、 启动CFX-Pre（1）准备工作目录，

5、并使用CFX的Example目录中的文件。ImmersedSolid.preImmersedSolid.gtm（2）设定工作目录，启动CFX-Pre。5、 在CFX-Pre模块中进行问题的定义如果您想自动定义本例子文件，请运行ImmersedSolid.Pre文件。如果您想手动执行，请按顺序执行如下步骤：（1）在CFX-Pre中，选择File-New Case；（2）选择General并点击OK；（3）选择File-Save Case As；（4）在File Name中输入ImmersedSolid.cfx；（5）点击Save。6、 导入网格（1）在Outline树状视图中编辑Case Opt

6、ions-General，将Automatic Default Domain关闭，在后面将已导入网格的方式手动生成3个域，并点击OK；（2）选择File-Import-Mesh导入网格文件；（3）选择网格文件类型CFX Mesh (*gtm *cfx)，并选择工作目录下的ImmersedSolid.gtm，并点击Open。7、 生成定义时间步长和总体计算时间的CEL表达式接下来，您将生成一个表达式用于瞬态流体分析的时间步长设定。对于单个齿，转过一个通道需要1/42s的时间，将该时间段分解成30个部分：在主菜单中，选择Insert-Expressions，Functions and Variab

7、les-Expression；（1）在Insert Expression对话框中，输入dt，并点击OK；（2）设定Definition为(1/42)s/30，并点击Apply生成该表达式。接着，您将生成一个表达式用于定义总体计算时间。设定总体计算时间为3个齿流过流体，从而形成周期性流动的现象，具体步骤如下：（1）生成一个名称为total time的表达式；（2）设定Definition为(3/42)s，并点击Apply生成该表达式。8、 设定分析类型将分析类型设定为瞬态，并使用之前定义好的CEL表达式，具体设定信息见下表：（1）在Outline树中，编辑Analysis Type；（2）应用下

8、表的设定；TabSettingValueBasic SettingsExternal Solver Coupling OptionNoneAnalysis Type Option TransientAnalysis Type Time Duration OptionTotal TimeAnalysis Type Time Duration Total Time total timeaAnalysis Type Time Steps Option TimestepsAnalysis Type Time Steps TimestepsdtAnalysis Type Initial Time Opt

9、ion Automatic with Value Analysis Type Initial Time Time 0 sa You first need to click Enter Expression beside the field. （3）点击OK。9、 生成计算流体域本例需要3个计算域，2个流体域以及1个侵入式实体域：生成一个侵入式实体域，步骤如下：（1）在主菜单下选择Insert Domain，或点击Domain按钮。（2）在Insert Domain对话框中,设定名称为ImmersedSolid并点击OK. （3）应用如下的设定：TabSettingValueBasic Sett

10、ings Location and Type Location Inner RotorLocation and Type Domain Type Immersed SolidLocation and Type Coordinate Frame Coord 0Domain Models Domain Motion OptionRotatingDomain Models Domain Motion Angular Velocity7 rev s-1Domain Models Domain Motion Axis Definition Option Two PointsDomain Models D

11、omain Motion Axis Definition Rotation Axis From 0.00383, 0, 0Domain Models Domain Motion Axis Definition Rotation Axis To0.00383, 0, 1（4）点击OK. 生成一个静态流体域，步骤如下：（1）生成一个域，名称为StationaryFluid。（2）应用如下的设定：TabSettingValueBasic Settings Location and Type Location ChannelsLocation and Type Domain TypeFluid Dom

12、ainLocation and Type Coordinate FrameCoord 0Fluid and Particle DefinitionsFluid 1Fluid and Particle Definitions Fluid 1 OptionMaterial LibraryFluid and Particle Definitions Fluid 1 Material WaterFluid and Particle Definitions Fluid 1 Morphology Option Continuous FluidDomain Models Pressure Reference

13、 Pressure1 atmDomain Models Buoyancy OptionNon BuoyantDomain Models Domain Motion OptionStationaryDomain Models Mesh Deformation OptionNoneFluid ModelsHeat Transfer OptionNoneTurbulence Optionk-EpsilonTurbulence Wall FunctionScalableCombustion OptionNoneThermal Radiation OptionNoneInitializationDoma

14、in Initialization(Selected)Domain Initialization Initial Conditions Velocity TypeCartesianDomain Initialization Initial Conditions Cartesian Velocity Components Option Automatic with ValueDomain Initialization Initial Conditions Cartesian Velocity Components U 0 m s-1Domain Initialization Initial Co

15、nditions Cartesian Velocity Components V 0 m s-1Domain Initialization Initial Conditions Cartesian Velocity Components W 0 m s-1 Domain Initialization Initial Conditions Static Pressure Option Automatic with ValueDomain Initialization Initial Conditions Static Pressure Relative Pressure 0 PaDomain I

16、nitialization Initial Conditions Turbulence Option Medium Intensity and Eddy Viscosity Ratio（3）点击OK。生成一个旋转流体域，步骤如下：（1）在Outline树状视图中，右击Simulation-Flow Analysis 1-StationaryFluid并选择Duplicate。（2）右击Simulation-Flow Analysis 1-Copy of StationaryFluid并选择Rename。（3）将该域改名为RotatingFluid。（4）编辑RotatingFluid。（5）应

17、用如下的设定:TabSettingValueBasic Settings Location and Type Location Gear ChamberDomain Models Domain Motion Option RotatingDomain Models Domain Motion Angular Velocity 6 rev s-1 Domain Models Domain Motion Axis Definition Option Coordinate AxisDomain Models Domain Motion Axis Definition Rotation Axis Gl

18、obal Z（6）点击OK。10、 生成流体域界面增加一个域界面用于连接StationaryFluid 和RotatingFluid域，步骤如下: （1）在主菜单中点击Insert-Domain Interface或者点击Domain Interface按钮。（2）接受缺省的域界面名称并点击OK。（3）应用如下表格中的设置:TabSettingValueBasic Settings Interface TypeFluid FluidInterface Side 1 Domain (Filter)StationaryFluidInterface Side 1 Region ListChannel

19、 SideInterface Side 2 Domain (Filter)RotatingFluidInterface Side 2 Region ListChamber SideInterface Models OptionGeneral ConnectionInterface Models Frame Change/Mixing Model OptionTransient Rotor StatorInterface Models Pitch Change Option NoneMesh Connection Method Mesh Connection OptionGGIAdditiona

20、l Interface ModelsMass and Momentum OptionConservative Interface FluxMass and Momentum Interface Model OptionNone（4）点击OK。应用一个考虑旋转的非滑移的墙体条件到非重叠的旋转域的侧面上，因为该表面代表了泵的静态外壳。（1）编辑RotatingFluid-Domain Interface 1 Side 2。若该对象未出现在树状视图中，则在Case Options-General中选择“Show Interface Boundaries in Outline Tree”并点击OK。（

21、2）应用如下表格中的设定：TabSettingValueBoundary Details Nonoverlap Conditions(Selected)Nonoverlap Conditions Mass and Momentum Option No Slip WallNonoverlap Conditions Mass and Momentum Wall Velocity (Selected)Nonoverlap Conditions Mass and Momentum Wall Velocity Option Counter Rotating Wall （3）点击OK。应用旋转的非滑移墙体

22、条件到静态域侧面的非重叠部分，因为该部分代表了泵的外齿，并且关于Z轴转速6rps。（1）编辑StationaryFluid-Domain Interface 1 Side 1。（2）应用如下表格中的设定：TabSettingValueBoundary Details Nonoverlap Conditions(Selected)Nonoverlap Conditions Mass and Momentum Option No Slip WallNonoverlap Conditions Mass and Momentum Wall Velocity (Selected)Nonoverlap C

23、onditions Mass and Momentum Wall Velocity OptionRotating WallNonoverlap Conditions Mass and Momentum Wall Velocity Angular Velocity 6 rev s-1Nonoverlap Conditions Mass and Momentum Wall Velocity Axis Definition Option Coordinate Axis Nonoverlap Conditions Mass and Momentum Wall Velocity Axis Definit

24、ion Rotation Axis Global Z（3）点击OK。11、 生成边界条件生成入口的总体压力10 psi边界条件：（1）在Outline树状视图中，右击StationaryFluid并选择Insert-Boundary。（2）将Name设定为in并点击OK。（3）应用如下表格中的设定:TabSettingValueBasic Settings Boundary TypeInletLocationInletBoundary DetailsMass And Momentum OptionTotal Pressure (stable) Mass And Momentum Relativ

25、e Pressure10 psiFlow Direction Option Normal to Boundary ConditionTurbulence OptionMedium (Intensity = 5%)（4）点击OK。生成出口静态压力位参考压力的出口边界条件：（1）生成一个名称为out的边界条件在StationaryFluid域之中。（2）应用如下表格中的设定:TabSettingValueBasic Settings Boundary TypeOutletLocationOutletBoundary DetailsMass And Momentum OptionAverage St

26、atic Pressure Mass And Momentum Relative Pressure 0 PaMass And Momentum Pres. Profile Blend 0.05Pressure Averaging OptionAverage Over Whole Outlet（3）点击OK。12、 设定求解控制（1）点击Solver Control按钮。（2）应用如下表格中的设定:TabSettingValueBasic SettingsAdvection Scheme OptionHigh ResolutionTransient Scheme Option Second Or

27、der Backward EulerTransient Scheme Timestep Initialization Option AutomaticTurbulence Numerics OptionFirst OrderConvergence Control Min. Coeff. Loops 1Convergence Control Max. Coeff. Loops10Convergence Control Fluid Timescale Control Timescale Control Coefficient LoopsConvergence Criteria Residual T

28、ypeRMSConvergence Criteria Residual Target1.0 E 4（3）点击OK。13、 设定输出控制对于瞬态结果文件进行求解输出控制，用于记录每个时间步长的压力、速度等信息：（1）点击Output Control。（2）点击Trn Results标签项。（3）在Transient Results列表项中，点击Add new item按钮,设定Name为Transient Results 1，再点击OK。（4）对于Transient Results 1应用如下的设定：SettingValueOptionSelected VariablesFile Compres

29、sionDefaultOutput Variables List Pressure, Velocity, Velocity in Stn Frame Output Boundary Flows(Selected)Output Boundary Flows Boundary Flows AllOutput Frequency Option Every Timestep（5）点击Monitor标签项。（6）选择Monitor Options。（7）在Monitor Points and Expressions中：点击Add new item。接受缺省的名称并点击OK。设定Option表达式。设置Expression Value=massFlow()in。（8）点击OK。14、 写出CFX求解的*.def定义文件（1）点击Define Run按钮。（