本教程以泵內(nèi)定常流淌數(shù)值模擬為例，詳細(xì)講解并描述了如何應(yīng)

用FLUENT進(jìn)行泵內(nèi)

流計(jì)算以及如何應(yīng)用FLUENT進(jìn)行簡(jiǎn)潔的后處理。

基本步驟：

1、啟動(dòng)FLUENT,選擇3d求解器。

2、讀入網(wǎng)格（X.msh）;

3、檢查網(wǎng)格，確保最小體積為正，選擇grid**check菜單;

4、縮放網(wǎng)格；

5、光順/交換網(wǎng)格；

6、求解器設(shè)置；

7、設(shè)置計(jì)算模型；

8、設(shè)置運(yùn)行環(huán)境，對(duì)于離心泵數(shù)值模擬一般不考慮重力；

9、設(shè)置轉(zhuǎn)速單位；

10、定義材料，也可以進(jìn)行自定義材料；

11、定義邊界條件；

12、設(shè)置交界面；

13、設(shè)置求解參數(shù)；

14、監(jiān)視殘差；

15、初始化流場(chǎng)；

16、保存case文件；

17、起先迭代計(jì)算；

18、FLUENT后處理。

1、啟動(dòng)FLUENT,選擇3d求解器。

啟動(dòng)后FLUENT界面如下圖所示:

[3d,segregated,la>].|OX

FileGridDefineAdaptSurfaceDisplay^lotReportParallelHelp

WelcometoFluent6.2.16

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Loading"C:\Fluent.Inc\Fluent6.2.16\lib\FlB3119?5甲”

D°nG-.樂(lè)公”

KillscriptfileisC:\\DocunentsandSettings\\Administrator\\桌面\\kill-flueni

、W

>

2、讀入網(wǎng)格（X.msh）,選擇fiIe—read—case菜單;

3、檢查網(wǎng)格，確保最小體積為正，選擇gridfcheck菜單。Check無(wú)誤

后才可以進(jìn)行

下面的操作。

4、縮放網(wǎng)格，選擇gridfseaIe菜單，彈出下圖的對(duì)話框，干脆輸入SeaIe

Factors

點(diǎn)擊Scale即可，一般縮小1000倍到毫米。由于FLUENT默認(rèn)的單位是

米，所以必需進(jìn)行

網(wǎng)格縮放。

5、光順/交換網(wǎng)格，選擇gridfsmooth/swap菜單，進(jìn)入下面的界面;

先點(diǎn)擊Smooth,

然后點(diǎn)擊Swap直至NumberSwapped為0。

6、求解器設(shè)置，選擇definefmodelsfsolver菜單，進(jìn)入求解器設(shè)置

界面，如下圖所

示。一般定常求解設(shè)置為分別求解器、隱式算法、三維空間、穩(wěn)態(tài)流淌、

確定速度、壓

力梯度為單元壓力梯度計(jì)算；

Solver區(qū)

SolverFormulation

?Segregated?Implicit

Coupled「Explicit

SpaceTime

C2D

「Axisymmetricnstw

「AxisymmetricSv：；氏.0，

VelocityFormulation

歷Absolute

「Relative

II

GradientOptionPorousFormulation

0Cell-Based,?SuperficialVelocity

Node-BasedPhysicalVelocity

?????????????????4??????，I

OKIICancelHHelp

7、設(shè)置計(jì)算模型，選擇define—models—viscous菜單，彈由湍流模

型選擇對(duì)話框。

一般選用標(biāo)準(zhǔn)k-￡模型，進(jìn)入k-￡模型設(shè)置界面，一般保持默認(rèn)即可;

ViscousModel

Model

I----------------------------------------------i

Inviscid

'Laminar

Spalart-A<?niaras[1eqn)

k-epsiloh{2eqn]

kPniegg[2eqn]

7^ReynoldsStress(7eqn)

DetachedEddySimulation

LargeEddySimulation

OK沁茄網(wǎng)|Help

Viscouslodel

ModelModelConstants

▲

InviscidCmu一

Laminar0.09

Spalart-Allmaras(1eqn)

Q^epsilon￡2eqn]^C1-Epsilon

k-omega(2eqn)1.44

ReynoldsStress(7eqn)

Detached匚ddySimulationC?-Fpsilnn

LargeEddySimulation|1.92

k-epsilonModelTKEPrandtlNumber

'Standard

「RNG二J

RealizableUbti-DefinedFunctions

TurbulentViscosity

Near-WallTreatment…卜

none

GStandardWallFunctious3

Non-EquilibriumWallFunctionsPrandtlNumbers

EnhancedWallTreatmentTKEPrandtlNumber

none3

TDRPrandtlNumber

noneZ1

OKCancelHelp

8、設(shè)置運(yùn)行環(huán)境，選擇define-*operatingcondition菜單，彈出下

面的對(duì)話框。

參考?jí)毫x用默認(rèn)值即可，位置可選在原點(diǎn)或泵進(jìn)口邊。對(duì)于離心泵數(shù)

值模擬一般

不考慮重力。

OperatingConditions

9、設(shè)置轉(zhuǎn)速單位，選擇define_*units菜單，進(jìn)入單位設(shè)置對(duì)話框,轉(zhuǎn)

速一般改為rpmo

10、定義材料，選擇definefmaterials菜單，進(jìn)入材料設(shè)置界面。清

水的話可以干脆點(diǎn)擊FIuentDatabase從中選擇water-1iquid后點(diǎn)擊

Copy即可。也可以進(jìn)行自定義材料。

清水water-1iquid材料設(shè)置如下:

11、定義邊界條件，選擇define-*boundaryconditions菜單，進(jìn)入邊界條

件設(shè)置對(duì)話框，如下所示。選中相應(yīng)的條目點(diǎn)擊Set進(jìn)行設(shè)置。

(1)葉輪水體的設(shè)置。

首先把MaterialName改成water-liquid,其次MotionType改成

MovingReference

Frame,然后在Speed中寫(xiě)上速度。還有最重要的一點(diǎn)就是要在Rolation-Axis

Direction中

依據(jù)右手定則確定葉輪的旋向，在相應(yīng)的軸后寫(xiě)上1或7,分別代表正向和反向。

（2）葉輪上的面的設(shè)置。

葉輪上的面邊界條件設(shè)置如下圖所示，假如考慮粗糙度還要在

Roughness

Height中寫(xiě)上粗糙度值，千萬(wàn)留意單位。

fall

ZoneName

wallinp3

AdjacentCellZone

inpeller

ThermalDPMMomentum|SpeciesRadiationUDSGranular

WallMotionMotion

StationaryWallSpeed[rpm]

?RelativetoAdacentCellZone

GMovingWallf8

Absolute

Rotatic，；AxisOriginRotation-AxisDirection

TranslationalX

?Rotational演室。p~j

Components

\九/YP

Z(m)0平]

ShearCondition

CNoSlip

SpecifiedShear

「SpecularityCoefficient

「MarangoniStress

WallRoughness

RoughnessHeight(m)。constantJ

RoughnessConstant0.5constantJ

OKCancel|Help|

（3）蝸殼水體的設(shè)置。

蝸殼水體沒(méi)置時(shí)，只須要把材料MaterialName改成water-liquid

即可，如下圖所示。

(4)蝸殼上的面的設(shè)置。

蝸殼上的面設(shè)置如下圖所示，同葉輪一樣，假如考慮粗糙度還要

在Roughness

Height中寫(xiě)上粗糙度值。

（5）進(jìn)口邊界條件的設(shè)置。

一般用速度進(jìn)口，如下圖所示。給出進(jìn)口速度值，建議也依據(jù)閱歷

公式估算一下相應(yīng)的

湍動(dòng)能和湍流耗散率，有利于提高計(jì)算精度。

VelocityInlet岡

ZoneName

inlet

VelocitySpecificationMethodMagnitude,NormaltoBoundary▼

___________個(gè)

ReferenceFrameAbsolute'▼

VelocityMagnitude(m叫年6[:constant

TurbulenceSpecificalionMethod||^an(jEpsilon▼

Turb.KineticEnergy(mZ/sZ)0.2constantJ

Turb.DissipationRate(m2/s3)0.酬constantd

OKCancel|Help

(6)出口邊界條件的設(shè)置。

出口一般接受壓力出口或自由出流。"flow,兩者都干脆保持默認(rèn)

設(shè)置即可，下圖所示為

壓力出口界面。

PressureOutlet兇

ZoneName

outlet

GaugePressure(pascal)constant二

RadialEquilibriumPressureDistribution

BackflowDirectionSpecificationMethod，NormalmBoundary▼

TurbulenceSpecificate^Me({w4jkandEpsilon

▼

-

BackflowTurb.KineticEnergy(m2/s2)pjconstant3

BackflowTurb.DissipationRate(m2/s3]constant3

Targetmass-flowrate

OKCancelIHelp

12、設(shè)置交界面，選擇define-gridinterface菜單，彈出交界面設(shè)置對(duì)話框,

如下圖所示。

首先在GridInterface中輸入交界面名稱(chēng)，然后在InterfaceZone1

和Interface

Zone2中依次點(diǎn)擊相應(yīng)的面，最終點(diǎn)擊Create就生成了一對(duì)交界面。

須要留意的是這一步設(shè)置后FLUENT會(huì)自動(dòng)為每個(gè)交界面產(chǎn)生相應(yīng)的壁

面，因此須要再次

返回邊界條件中對(duì)這些新產(chǎn)生的壁面進(jìn)行定義。

GridInterfacesix

GridInterfaceInterfaceZone1InterfaceZone2

|imp-uol|interFaceimpinterfaceuol

i---------------------------------------r--，------

Iimp-volIinterfaceckycV人interfaceimpA

interfaceimpinterfaceimpl

IinterfaceimpVinterfacesuc

interfacesuffv'Ainterfacevol

|interfacrjvol▼|interfacevoll▼

InterfaceTypeBolrtidaryZone1InterfaceWallZone1

—PeriodicwaU-30

_Coupled

1.....一JBoundaryZone2InterfaceWallZone2

|wall-31

CreateDeleteListCloseHelp

13、設(shè)置求解參數(shù)，選擇solvefcontrolsfsolution菜單，進(jìn)行求解設(shè)置,

如下圖所示。

在SolutionControl中選擇算法和離散格式等，一般定常計(jì)算選擇

SIMPLE或SIMPLEC算法。

SolutionControls

EquationsUnder-RelaxationFactors

Flow

Pressure^3

Turbulence

/J

BodyForces卜一

Pressure-VelocityCoupling

SIMPLE

dPressure

--IStandard▼

SIMPLE

SIMPLECMomentumFirstOrderUpwind▼

PISO

TurbulenceKineticEnergyFirstOrderUpwind▼

TurbulenceDissipationRateFirstOrderUpwind

OKDefaultJCancelJHelp

14、監(jiān)視殘差，選擇solvefmonitorsfresidual菜單，彈出殘差設(shè)置界面，

如下圖所示。

選中Plot顯示殘差，將收斂精度修改為IO”或IO”。在monitors菜

單中還可以依據(jù)須要

監(jiān)視其他變量，如進(jìn)出口壓力等。

15、初始化流場(chǎng)，選擇solve—initialize—initialize菜單，彈出下面的對(duì)

話框。

在Solutioninitialization選項(xiàng)中的referenceframe中選擇

reIativetocelIzone,

ComputeFrorri中選擇aIIzones或inlet。

SolutionInitialization|X

ComputeFromReferenceFrame

all-zones▼0RelativetoCellZone

Absolute

InitialValues

▲

GaugePressure[pasca!,9

XVehjcrty(m/s)

\\YVelocity(m/s)0-

ZVelocity(m/s)Q

二J

InitResetApply]CloseHelpj

16、保存case文件，選擇filefwrite->case菜單。

17、起先迭代計(jì)算.

選擇solvefiterate菜單，彈出下面的對(duì)話框，設(shè)置好迭代次數(shù)后就

可以點(diǎn)擊Iterate起先

計(jì)建了。一般迭代次數(shù)可以寫(xiě)大一點(diǎn)，以免未達(dá)到殘差要求計(jì)策就已經(jīng)停止。

IterateX

Iteration

的,一

NumberofIterations.s&uoo

.'訴

ReportingJnierval

UDFProfileUpdateIntervalh

Iterate|Apply|Close|Help

18、FLUENT后處理。

(1)計(jì)算揚(yáng)程。

選擇Report-SurfaceIntegrals菜單，如下圖所示，彈出Surface

Integrals對(duì)話框。按圖

示選項(xiàng)設(shè)置好點(diǎn)擊Compute,在FLUENT主對(duì)話框中就會(huì)顯示計(jì)算結(jié)果，用進(jìn)出

口壓力差即可計(jì)算

出泵的揚(yáng)程。

iSurfaceIntegrals

FilegridDefinegolveAdaptSurfaceDisplayPlotReportParallelHReportType

suctionMass-WeightedAverac▼Pr

impeller

uoluteSurfaceTypes=二

ckycaxisA

interior-29clipyW-----Su

interior-32exhaustfan

interior-35fanV

gridinterfaces,n

/徐SurfaceNamePattern

shellconductionzones,........■"]n

Done.

Matchn

Reading*'F:\nodel-13\pump-13.dat"__哈2#n

Done.n

n

Mass-WeightedAverage01

TotalPressure(pascal)

inlet3497.7248Ma

outlet336953.35

Net170225.54

fCompute]

（2）計(jì)算水力效率（扭矩）。

選擇Report-Forces菜單，彈出ForcesReport對(duì)話框，如下圖所示。

在Options中選擇Moments,

在MomentCenter中選擇葉輪旋轉(zhuǎn)軸，在WallZones中選擇全部葉輪上的面，

最終點(diǎn)擊Prini,在

FLUENT主對(duì)話框中就會(huì)顯示扭矩計(jì)算結(jié)果（totalmoment項(xiàng)下對(duì)應(yīng)的軸的值），

最終依據(jù)公式應(yīng)

用扭矩就可以得到泵的水力效率。假如是進(jìn)行全流場(chǎng)計(jì)算的話，這一結(jié)果就基本

等于泵的總效率。

UEKT[3d,segregated,ske]-inx

gridDefineSolv?AdaptSurfaceDisplayPlotReportParallelHelp

ForceReports

OptionsMomentCenter

totalmoment?{ForcesX(mj

n-n0

卜Moments

Y(m)o

(1.5507959e-05-1.0622108e-055.3635058e-06).

(000)

Z(m)產(chǎn)

(-43.083126-43.0713270.32154568)

(-1.67764740.219676540.13674739)

(-88.04026739.8446962.6552526)WallNamePattern

(2.8192839103.116282.9494231)

(116.2407332.4014083.4448315)Match|

(59.699671-94.2124853.12371487)

(-80.169238-90.2653643.3689914)

(16.4015414.89256340.15159712)Print|Close|Hei

(-17.89004-47.07455816.152143)

<

(3)顯示壓力場(chǎng)。

選擇DispIay-Contours菜單，彈出Contours對(duì)話框，如下圖所示。在

Options中選中FiIled

就可以顯示云圖，否則顯示的就是等值線圖；在Contoursof中想要顯示的壓力

類(lèi)型，在

Surfaces中選擇所想顯示壓力的區(qū)域，最終點(diǎn)擊DispIay,就可以顯示壓力場(chǎng)了。

通過(guò)level可

以調(diào)整顯示的等級(jí)。

(4)顯示速度場(chǎng)。

選擇Display-Vectors菜單，彈出Vectors對(duì)話框，如下圖所示。在

Vectorsuf中想要顯示

的速度類(lèi)型，在Surfaces中選擇所想顯示速度的區(qū)域，最終點(diǎn)擊Display,就

可以顯示速度場(chǎng)了。

通過(guò)seaIe選項(xiàng)可以放大速度矢量，通過(guò)skip選項(xiàng)可以減小速度矢量的

的顯示密度。

V