在CFX12中侵入式實(shí)體實(shí)例-齒輪泵

（本例來(lái)源CFX12的幫助文件）

名稱(chēng)：利用侵入式實(shí)體對(duì)齒輪泵進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)仿真模擬說(shuō)明：侵入式實(shí)體是CFX12中新增加的功能，利用該方法，可以不用進(jìn)行幾何重構(gòu)和網(wǎng)格重新劃分而獲得將單個(gè)連續(xù)流體域分割成多個(gè)不連續(xù)流體域的流體仿真結(jié)果；而在以前的流體分析中，一般要求計(jì)算的流體域是連續(xù)的，即流體計(jì)算需要計(jì)算連續(xù)性方程。下面開(kāi)始我的學(xué)習(xí)之旅！目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1、 本例的特征說(shuō)明 3\o"CurrentDocument"2、 求解問(wèn)題的總體簡(jiǎn)述 4\o"CurrentDocument"3、 開(kāi)始之前的準(zhǔn)備 64、 啟動(dòng)CFX-Pre 75、 在CFX-Pre模塊中進(jìn)行問(wèn)題的定義 8\o"CurrentDocument"6、 導(dǎo)入網(wǎng)格 9\o"CurrentDocument"7、 生成定義時(shí)間步長(zhǎng)和總體計(jì)算時(shí)間的CEL表達(dá)式 10\o"CurrentDocument"8、 設(shè)定分析類(lèi)型 11\o"CurrentDocument"9、 生成計(jì)算流體域 12\o"CurrentDocument"10、 生成流體域界面 15\o"CurrentDocument"11、 生成邊界條件 17\o"CurrentDocument"12、 設(shè)定求解控制 18\o"CurrentDocument"13、 設(shè)定輸出控制 19\o"CurrentDocument"14、 寫(xiě)出CFX求解的*.def定義文件 2015、 利用CFX-Solver求解器獲得模擬計(jì)算結(jié)果 2116、 在CFX-POST模塊中進(jìn)行后處理 221、 本例的特征說(shuō)明在本例中，將會(huì)學(xué)習(xí)到如下內(nèi)容：——設(shè)定一個(gè)侵入式實(shí)體域——應(yīng)用一個(gè)“考慮旋轉(zhuǎn)”的墻邊界條件——利用CEL表達(dá)式監(jiān)視求解過(guò)程的執(zhí)行——在CFX-POST中生成XY坐標(biāo)的瞬態(tài)圖表——生成一個(gè)結(jié)果動(dòng)畫(huà)ComponentFeatureDetailsCFX-PreUserModeGeneralModeDomainTypeImmersedSolidFluidDomainAnalysisTypeTransientFluidTypeContinuousFluidBoundaryConditionsInletBoundaryOutletBoundaryDomainInterfaceFluidFluidCFD-PostChartsMassFlowRatePressureDiffereneeAnimationVelocityVectorMovie

2、 求解問(wèn)題的總體簡(jiǎn)述在本例中，你將模擬如下圖的一個(gè)齒輪泵。利用CFX中的侵入式實(shí)體功能對(duì)于流過(guò)流體的齒輪泵進(jìn)行模擬計(jì)算。Inlet入口Inletchannel進(jìn)口通道Surfaceofouterrotor外轉(zhuǎn)子的表面Outletchannel出口通道Outlet出口Innerrotor內(nèi)轉(zhuǎn)子在入口處有相對(duì)總體壓力10Psi，在出口處?kù)o態(tài)壓力為參考?jí)毫ΑＴ邶X輪泵內(nèi)部，齒輪轉(zhuǎn)速7rps,齒輪泵外部轉(zhuǎn)速6rps，流體所在的區(qū)域直徑約7.3cm。對(duì)于泵內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的齒輪，利用侵入式實(shí)體進(jìn)行模型設(shè)定，對(duì)于泵內(nèi)的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．流體利用旋轉(zhuǎn)流體域進(jìn)行模型設(shè)定，而對(duì)于入口和出口的流體通道設(shè)定為靜態(tài)域。對(duì)于本齒輪泵外部的靜態(tài)泵殼采用“考慮旋轉(zhuǎn)”的墻體邊界條件，在與入口和出口流體通道非重疊的部分，位于正Z軸方向；對(duì)于泵外殼上的齒輪上表面，設(shè)定為旋轉(zhuǎn)墻，在與入口和出口流體腔體的非重疊的部分，位于負(fù)Z軸方向。對(duì)于周期性的旋轉(zhuǎn)流體，需要滿(mǎn)足如下條件：（1） 旋轉(zhuǎn)流體域的網(wǎng)格需要有周期性的旋轉(zhuǎn)，以至于看起來(lái)每個(gè)齒流過(guò)流體之后是一樣的；（2） 侵入式實(shí)體的外部邊界網(wǎng)格應(yīng)該是周期性旋轉(zhuǎn)的，以至于看起來(lái)每個(gè)內(nèi)部的齒流過(guò)流體之后是一樣的；（3） 一個(gè)整數(shù)倍的總體時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)該與單個(gè)齒流過(guò)流體的時(shí)間相對(duì)應(yīng)。3、 開(kāi)始之前的準(zhǔn)備建議您完成之前的例子學(xué)習(xí)之后再進(jìn)行本例的學(xué)習(xí)，如果這個(gè)例子是您學(xué)習(xí)的第一個(gè)例子，請(qǐng)按順序參考如下部分：（1）在標(biāo)準(zhǔn)模式下設(shè)定工作目錄并啟動(dòng)CFX。（2）在A(yíng)NSYSWorkbench中運(yùn)行CFX的例子。（3）改變顯示顏色。（4）執(zhí)行一個(gè)例子任務(wù)文件。4、啟動(dòng)CFX-Pre1）準(zhǔn)備工作目錄，并使用CFX的Example目錄中的文件。—ImmersedSolid.pre—ImmersedSolid.gtm2）設(shè)定工作目錄，啟動(dòng)CFX-Pre。如果您想自動(dòng)定義本例子文件，請(qǐng)運(yùn)行ImmersedSolid.Pre文件。如果您想手動(dòng)執(zhí)行，請(qǐng)按順序執(zhí)行如下步驟：在CFX-Pre中，選擇File->NewCase;選擇General并點(diǎn)擊OK；選擇File->SaveCaseAs…；在FileName中輸入ImmersedSolid.cfx；點(diǎn)擊Save。6、 導(dǎo)入網(wǎng)格在Outline樹(shù)狀視圖中編輯CaseOptions->General,將AutomaticDefaultDomain關(guān)閉，在后面將已導(dǎo)入網(wǎng)格的方式手動(dòng)生成3個(gè)域，并點(diǎn)擊OK；選擇File->Import->Mesh導(dǎo)入網(wǎng)格文件；選擇網(wǎng)格文件類(lèi)型CFXMesh(*gtm*cfx)，并選擇工作目錄下的ImmersedSolid.gtm，并點(diǎn)擊Open。7、 生成定義時(shí)間步長(zhǎng)和總體計(jì)算時(shí)間的CEL表達(dá)式接下來(lái)，您將生成一個(gè)表達(dá)式用于瞬態(tài)流體分析的時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)定。對(duì)于單個(gè)齒，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)通道需要1/42s的時(shí)間，將該時(shí)間段分解成30個(gè)部分：在主菜單中，選擇Insert->Expressions，F(xiàn)unctionsandVariables->Expression；在InsertExpression對(duì)話(huà)框中，輸入dt,并點(diǎn)擊0K；設(shè)定Definition為(1/42)[s]/30，并點(diǎn)擊Apply生成該表達(dá)式。接著,您將生成一個(gè)表達(dá)式用于定義總體計(jì)算時(shí)間。設(shè)定總體計(jì)算時(shí)間為3個(gè)齒流過(guò)流體,從而形成周期性流動(dòng)的現(xiàn)象,具體步驟如下：(1)生成一個(gè)名稱(chēng)為totaltime的表達(dá)式；(2)設(shè)定Definition為(3/42)[s],并點(diǎn)擊Apply生成該表達(dá)式。8、 設(shè)定分析類(lèi)型將分析類(lèi)型設(shè)定為瞬態(tài)，并使用之前定義好的CEL表達(dá)式，具體設(shè)定信息見(jiàn)下表：1）在Outline樹(shù)中，編輯AnalysisType；2）應(yīng)用下表的設(shè)定；TabSettingValueBasicSettingsExternalSolverCoupling>OptionNoneAnalysisType>OptionTransientAnalysisType>TimeDuration>OptionTotalTimeAnalysisType>TimeDuration>TotalTimetotaltime圈AnalysisType>TimeSteps>OptionTimestepsAnalysisType>TimeSteps>TimestepsdtAnalysisType>InitialTime>OptionAutomaticwithValueAnalysisType>InitialTime>Time0[s]⑻YoufirstneedtoclickEnterExpression besidethefield.3）點(diǎn)擊OK。9、 生成計(jì)算流體域本例需要3個(gè)計(jì)算域，2個(gè)流體域以及1個(gè)侵入式實(shí)體域：——生成一個(gè)侵入式實(shí)體域，步驟如下：在主菜單下選擇Insert>Domain,或點(diǎn)擊Domain按鈕。在InsertDomain對(duì)話(huà)框中,設(shè)定名稱(chēng)為ImmersedSolid并點(diǎn)擊OK(3)應(yīng)用如下的設(shè)定：TabSettingValueBasicSettingsLocationandType>LocationInnerRotorLocationandType>DomainTypeImmersedSolidLocationandType>CoordinateFrameCoord0DomainModels>DomainMotion>OptionRotatingDomainModels>DomainMotion>AngularVelocity7[revsA-1]DomainModels>DomainMotion>AxisDefinition>OptionTwoPointsDomainModels>DomainMotion>AxisDefinition>RotationAxisFrom0.00383,0,0DomainModels>DomainMotion>AxisDefinition>RotationAxisTo0.00383,0,14）點(diǎn)擊OK.—生成一個(gè)靜態(tài)流體域,步驟如下：生成一個(gè)域,名稱(chēng)為StationaryFluid應(yīng)用如下的設(shè)定：TabSettingValueBasicSettingsLocationandType>LocationChannelsLocationandType>DomainTypeFluidDomainLocationandType>CoordinateFrameCoord0FluidandParticleDefinitionsFluid1FluidandParticleDefinitions>Fluid1>MaterialLibraryTabSettingValueOptionFluidandParticleDefinitions>Fluid1>MaterialWaterFluidandParticleDefinitions>Fluid1>Morphology>OptionContinuousFluidDomainModels>Pressure>RefereneePressure1[atm]DomainModels>Buoyancy>OptionNonBuoyantDomainModels>DomainMotion>OptionStationaryDomainModels>MeshDeformation>OptionNoneFluidModelsHeatTransfer>OptionNoneTurbulenee>Optionk-EpsilonTurbulenee>WallFunetionScalableCombustion>OptionNoneThermalRadiation>OptionNoneInitializationDomainInitialization(Selected)DomainInitialization>InitialConditions>VelocityTypeCartesianDomainInitialization>InitialConditions>CartesianVelocityComponents>OptionAutomaticwithValueDomainInitialization>InitialConditions>CartesianVelocityComponents>U0[msA-1]DomainInitialization>InitialConditions>CartesianVelocityComponents>V0[msA-1]DomainInitialization>InitialConditions>CartesianVelocityComponents>W0[msA-1]DomainInitialization>InitialConditions>StaticPressure>OptionAutomaticwithValueDomainInitialization>InitialConditions>StaticPressure>RelativePressure0[Pa]DomainInitialization>InitialConditions>Turbulenee>OptionMediumIntensityandEddyViscosityRatio生成一個(gè)旋轉(zhuǎn)流體域，步驟如下：（1）在Outline樹(shù)狀視圖中，右擊Simulation->FlowAnalysis1->StationaryFluid并選擇Duplicate。（2）右擊Simulation->FlowAnalysis1->CopyofStationaryFluid并選擇Rename。3）將該域改名為RotatingFluid。4）編輯RotatingFluid。5）應(yīng)用如下的設(shè)定:TabSettingValueBasicSettingsLocationandType>LocationGearChamberDomainModels>DomainMotion>OptionRotatingDomainModels>DomainMotion>AngularVelocity6[revsA-1]DomainModels>DomainMotion>AxisDefinition>OptionCoordinateAxisDomainModels>DomainMotion>AxisDefinition>RotationAxisGlobalZ6）點(diǎn)擊OK。10、 生成流體域界面增加一個(gè)域界面用于連接StationaryFluid和RotatingFluid域，步驟如下:（1）在主菜單中點(diǎn)擊Insert->DomainInterface或者點(diǎn)擊DomainInterface按鈕。（2）接受缺省的域界面名稱(chēng)并點(diǎn)擊OK。（3）應(yīng)用如下表格中的設(shè)置:TabSettingValueBasicSettingsInterfaceTypeFluidFluidInterfaceSide1>Domain(Filter)StationaryFluidInterfaceSide1>RegionListChannelSideInterfaceSide2>Domain(Filter)RotatingFluidInterfaceSide2>RegionListChamberSideInterfaceModels>OptionGeneralConnectionInterface Models>FrameChange/MixingModel>OptionTransient RotorStatorInterfaceModels>PitchChange>OptionNoneMeshConnectionMethod>MeshConnection>OptionGGIAdditionalInterfaceModelsMassandMomentum>OptionConservativeInterfaceFluxMassandMomentum>InterfaceModel>OptionNone4）點(diǎn)擊OK。應(yīng)用一個(gè)考慮旋轉(zhuǎn)的非滑移的墻體條件到非重疊的旋轉(zhuǎn)域的側(cè)面上，因?yàn)樵摫砻娲砹吮玫撵o態(tài)外殼。1)編輯RotatingFluid->DomainInterface1Side2。若該對(duì)象未出現(xiàn)在樹(shù)狀視圖中，則在CaseOptions->General中選擇"ShowInterfaceBoundariesinOutlineTree”并點(diǎn)擊OK。2）應(yīng)用如下表格中的設(shè)定：TabSettingValueBoundaryDetailsNonoverlapConditions(Selected)Nonoverlap Conditions>MassandMomentum>OptionNoSlipWallNonoverlapConditions >MassandMomentum>WallVelocity(Selected)NonoverlapConditions>MassandMomentum>WallVelocity>OptionCounterRotatingWall3）點(diǎn)擊OK。應(yīng)用旋轉(zhuǎn)的非滑移墻體條件到靜態(tài)域側(cè)面的非重疊部分，因?yàn)樵摬糠执砹吮玫耐恺X，并且關(guān)于Z軸轉(zhuǎn)速6rps。（1）編輯StationaryFluid->DomainInterface1Side1。2）應(yīng)用如下表格中的設(shè)定：TabSettingValueBoundaryDetailsNonoverlapConditions(Selected)NonoverlapConditions>MassandMomentum>OptionNoSlipWallNonoverlapConditions>MassandMomentum>WallVelocity(Selected)NonoverlapConditions>MassandMomentum>WallVelocity>OptionRotatingWallNonoverlapConditions>MassandMomentum>WallVelocity>AngularVelocity6[revsA-1]NonoverlapConditions>MassandMomentum>WallVelocity>AxisDefinition>OptionCoordinateAxisNonoverlapConditions>MassandMomentum>WallVelocity>AxisDefinition>RotationAxisGlobalZ11、 生成邊界條件生成入口的總體壓力10psi邊界條件：（1）在Outline樹(shù)狀視圖中，右擊StationaryFluid并選擇Insert->Boundary。（2）將Name設(shè)定為in并點(diǎn)擊OK。3）應(yīng)用如下表格中的設(shè)定:TabSettingValueBasicSettingsBoundaryTypeInletLocationInletBoundaryDetailsMassAndMomentum>OptionTotalPressure(stable)MassAndMomentum>RelativePressure10[psi]FlowDirection>OptionNormalto BoundaryConditionTurbulenee>OptionMedium(Intensity=5%)4）點(diǎn)擊OK。生成出口靜態(tài)壓力位參考?jí)毫Φ某隹谶吔鐥l件：1）生成一個(gè)名稱(chēng)為out的邊界條件在StationaryFluid域之中。2）應(yīng)用如下表格中的設(shè)定:TabSettingValueBasicSettingsBoundaryTypeOutletLocationOutletBoundaryDetailsMassAndMomentum>OptionAverageStaticPressureMassAndMomentum>RelativePressure0[Pa]MassAndMomentum>Pres.ProfileBlend0.05PressureAveraging>OptionAverageOverWholeOutlet

12、 設(shè)定求解控制1）點(diǎn)擊SolverControl按鈕。2）應(yīng)用如下表格中的設(shè)定:TabSettingValueBasicSettingsAdvectionScheme>OptionHighResolutionTransientScheme>OptionSecondOrderBackwardEulerTransientScheme>TimestepInitialization>OptionAutomaticTurbuleneeNumerics>OptionFirstOrderConvergeneeControl>Min.Coeff.Loops1ConvergeneeControl>Max.Coeff.Loops10ConvergeneeControl>FluidTimescaleControl>TimescaleControlCoefficientLoopsConvergeneeCriteria>ResidualTypeRMSConvergeneeCriteria>ResidualTarget1.0E43）點(diǎn)擊OK。13、 設(shè)定輸出控制對(duì)于瞬態(tài)結(jié)果文件進(jìn)行求解輸出控制，用于記錄每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的壓力、速度等信息：（1）點(diǎn)擊OutputControl。（2）點(diǎn)擊TrnResults標(biāo)簽項(xiàng)。（3）在TransientResults列表項(xiàng)中，點(diǎn)擊Addnewitem按鈕,設(shè)定Name為T(mén)ransientResults1，再點(diǎn)擊OK。（4）對(duì)于TransientResults1應(yīng)用如下的設(shè)定：SettingValueOptionSelectedVariablesFile