CFX案例｜利用浸没实体方法模拟齿轮泵

本案例演示在CFX中利用浸没实体方法（Immersed Solid Method）进行齿轮泵仿真的基本流程。

 

注：本案例为CFX的随机案例。
浸没实体方法常用于处理复杂的边界运动问题，其无需处理由于边界运动而导致的网格劣化问题。当然此方法也有很多的局限性，有兴趣的道友可搜索浸没边界法或Immersed Boundary Method。CFX在很早的版本中就提供了此方法（好像是13.0版本就有），目前尚未在其他的商业软件中发现有此类方法应用，不过OpenFOAM的一个分支版本FOAM-extend中貌似有此方法的实现。

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1 问题描述

案例几何模型如下图所示。

齿轮泵包含1个入口与1个出口，其中出口的相对静压为1 psi，入口相对总压为0 psi。内转子转速为7 转/秒，外转子转速为6 转/秒。使用浸没固体域（Immersed Solid Domain）来模拟内转子，使用旋转流体域来模拟内转子周围的流体，使用静止流体域来模拟入口和出口通道中的流体。

浸没实体方法需要分别对固体和流体进行网格划分，这有点类似于Fluent中重叠网格的准备，不过固体区域不需要挖洞。

2  CFX设置

• 启动CFX 2022R1，设置工作路径，点击按钮CFX-Pre 进入CFX-Pre

2.1 导入网格

• 点击菜单File → New Case ，打开的对话框中选择General ，点击按钮OK

• 选择菜单File → Import → Mesh… 打开文件选择对话框，选择网格文件ImmersedSolid.gtm

2.2 创建表达式

• 点击菜单项Insert > Expressions, Functions and Variables > Expression ，如下图所示创建表达式dt与total time

2.3 设置分析类型

• 点击菜单项Insert → Analysis Type

2.4 创建浸没实体

• 点击菜单项Insert → Domain 创建区域ImmersedSolid，如下图所示设置

2.5 创建静止流体区域

• 新建流体区域StationaryFluid ，如下图所示设置Basic Settings选项卡

• 如下图所示设置Fluid Models选项卡

• 如下图所示设置初始值

2.6 创建运动流体区

• 删除默认区域Default Domain

• 如下图所示**区域StationaryFluid，重新命名为RotatingFluid

• 如下图所示设置Basic Settings选项卡，其他参数保持默认设置

2.7 创建分界面

• 点击菜单Insert → Domain Interface 打开交界面设置面板，如下图所示所示参数

• 鼠标双击模型树节点RotatingFluid > Domain Interface 1 Side 2 ，如下图所示设置Nonoverlap Conditions选项卡

• 鼠标双击模型树节点StationaryFluid > Domain Interface 1 Side 1 ，如下图所示设置

2.8 创建边界条件

• 鼠标右键选择模型树节点StationaryFluid，点击弹出菜单项Insert → Boundary 创建边界in

• 设置Basic Settings选项卡，如下图所示

• 进入Boundary Details选项卡，如下图所示设置参数

• 相同方式创建边界out，如下图所示设置Basic Settings选项卡

• 设置Boundary Details选项卡

2.9 设置求解器控制参数

• 鼠标双击模型树节点Solver Control 打开参数设置面板，采用默认参数设置

2.10 设置输出控制

• 点击模型树节点Output Control ，如下图所示设置输出参数

2.11 监控出口流量

• 进入Monitor选项卡，如下图所示设置监测出口流量

2.12 求解计算

• 点击菜单Tools → Solve → Start Solver → Define Run

• 保存def文件

• 软件自动开启CFX-Solver-Manager，如下图所示点击按钮Start Run开始计算

3 计算结果

• 监测到的出口流量

• 转子转动时腔体内压力分布

  案例相关文件链接（去除了结果文件）：

https://pan.baidu.com/s/1uouBhRbh1DPXyqFug77C_A?pwd=pysn
提取码：pysn

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（案例完毕）