离心泵数值仿真指导教程

1.离心泵数值仿真指导教程

本章对离心泵数值仿流程和步骤进行详细说明。PumpLinx算例文件目录下会生成几个重要文件，其中“.sgrd”文件为网格文件，记录网格信息；“.spro”文件为工程文件，记录模型及边界条件设置信息；如需打开一个完整的算例，工程文件和网格文件缺一不可。“.stl”文件为PumpLinx支持的几何模型导入格式。

1.1离心泵几何模型导入

►在CAD软件中将离心泵进口段、转子部分和蜗壳出口段分别以stl格式导出。

►注意:在导出几何模型之前，需要将进口段、转子部分和蜗壳出口段分成三个部分，以便在进行数值仿真时可以顺利生成动/静流体域之间的交互面。如下图所示：

►运行PumpLinx软件，新建一个工程文件，界面如下：

►选择界面左边的Mesh窗口命令（一共4个窗口选项，分别是Mesh，Model，Simulation 和Result，分别代表各个步骤）。

►选择Import/Export Geometry or Grid命令，点击Import Surface From STL Triangulation File，选择事先从CAD文件中导出的stl文件，如图所示：

►此步骤也可直接打开PumpLinx标准算例文件

“centrifugal_s_intial_stl_surface_v3.4.spro”，其默认存储路径为：C: /Program Files/Simerics/Tutorials/Centrifugal。

1.2 切分离心泵边界面

1.2.1 对离心泵流体域进行分区

►点击Split/Combine Geometry or Grid命令，选择Split Disconnected命令对分块的几何模型进行切分。

►几何体被分为pump_1，pump_2和pump_3三部分，分别将对应部分命名为Inlet，Rotor和Volute，即进口、转子和蜗壳三部分。

►重命名pump_1为volute，即蜗壳出口部分；

►重命名pump_2为rotor，即转子部分；

►重命名pump_3为inlet，即进口部分。

1.2.2 切分并定义进口段边界面

►选择进口段几何模型，设置75度分割角，点击Split by Angle选项，将进口段分为inlet_1，inlet_2和inlet_3三部分。

►重命名inlet_1为inlet_wall，即进口壁面；

►重命名inlet _2为inlet_mgi，即进口与转子部分的交互面；

►重命名inlet _3为inlet_inlet，即进口面。

1.2.3 切分并定义转子部分边界面

►选择转子部分几何模型，设置30度分割角，点击Split by Angle选项，转子部分切分成rotor_01至rotor_20数个部分。由于设置了Maximum Num. of Splits值为20，因此最多允许划分的几何面为20。

►重命名rotor_01为rotor_top，即外盖板面；

►重命名rotor_02为rotor_bottom，内盖板面；

►重命名rotor_03为rotor_mgi，转子与蜗壳部分的交互面；

►重命名rotor_10为rotor_inlet，转子与进口部分的交互面；

►合并rotor_04至rotor_09，rotor_11至rotor_20部分，并重命名为rotor_blades。

1.2.4 切分并定义蜗壳出口部分边界面

►选择蜗壳出口段几何模型，设置89度分割角，点击Split by Angle选项，蜗壳出口段被划分为volute_1至volute_7数个部分。

►重命名volute_1为volute_wall，蜗壳壁面；

►重命名volute_2为volute_mgi，蜗壳与转子部分交互面；

►重命名volute_5为volute_outlet，蜗壳出口；

►合并剩下的面，并重命名为volute_rotating_walls。

►最终切分好的边界面如下图所示：

►该步骤完成后，可将此文件与算例文件“centrifugal_s_prepared_surfaces_v3.4.spro”

对比，该算例文件默认路径为：C: /Program Files/Simerics/Tutorials/Centrifugal。►保存该文件。

1.2 生成网格

1.2.1创建入口段网格模型

►在Mesh窗口下，选择General Mesher命令。

►在界面右边的Geometric Entities窗口下，选择定义好的进口部分的所有几何面，注意一定是封闭的进口段几何体。

►设置网格划分参数，其中最大网格尺度为0.05，最小网格尺度为0.001，面网格尺度

为0.025。此处采用的是相对尺寸的方法划分网格，以x方向为例，x方向上存在最大和最小几何尺寸，将最大几何尺寸和最小几何尺寸之间的距离视为单位长度，当网格尺度为0.04时，该单位长度乘以0.04即为最大网格的尺寸。

►网格生成后，在Geometric Entities窗口下，会新增general mesh网格，即为进口部分网格模型，点开左边的小三角符号，将新增的general mesh重命名为inlet。

►网格显示在Result窗口下，先在Geometric Entities窗口下选择新生成的Inlet部分网格模型；在Result窗口下勾选Grid选项，即可显示网格。

►如网格密度不够，可通过调整最大网格尺寸和面网格尺寸，细化进口部分的网格。

1.2.2创建转子部分网格模型

►在Mesh窗口下，选择General Mesher命令；

►设置Maximum Cell Size为0.04，Cell size on Surfaces为0.01；

►在界面右边的Geometric Entities窗口下，选择定义好边界面的转子部分流体域，注意一定是封闭的几何体模型。即以下几何面：

-rotor_blades

-rotor_bottom

-rotor_inlet

-rotor_mgi

-rotor_top

►点击Creat Mesh命令，即可生成转子部分网格。

►转子部分网格生成以后，在Geometric Entities窗口下，新增general mesh网格，点击左边的小三角符号，出现Boundaries选项，点开左边的小三角符号，选择rotor_blades面与sub-features面，然后点击“Mesh”窗口下Split/Combine Geometry or Grid命令，选择Combine选项，然后点击Combine命令，即将这两个面合并为一个几何面。sub-features是网格生成过程中产生的小碎面，将此部分与对应的几何面合并即可。

►注意：合并时先选择rotor_blades，再选择sub-features，新合并的几何面即会以rotor_blades命名。

►将新生成的general mesh重命名为rotor。