FLUENT水泵特性曲线模拟计算

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1 前言

CFD技术用于旋转机械如水泵的仿真设计已是家常便饭的事，其中多参考系模型（MRF）的运用最为普遍，其处理方法至少需要将整个计算域模型区分为旋转区域和静止区域，它们之间采用interface边界，两者的网格可以不一致，通过interface传递数据。今天，我们也采用MRF做一个水泵模拟，该水泵的尺寸为笔者瞎想的，但是不影响真实水泵的模拟方法操作。

2 建模与网格

建立如下三维水泵模型，包括转子区域、蜗壳区域和入口管道区域。三个区域各自划分网格，然后在FLUENT进行装配，网格节点数约为146万，最小正交质量0.2。水泵的建模和网格划分，采用文字形式很难描述清楚，读者朋友可以从网上寻找很多教程，如果有需要笔者也可以尝试录制一个视频（视大家后台留言情况吧，采用solidworks建模，fluent meshing模块划分多面体网格），向大家分享一下笔者的方法，当然可能笔者的方法不是最好的。

3 求解设置

采用标准k-e湍流模型。

拷贝fluent自带的水为计算域介质。

修改旋转速度单位为rpm。

修改转子区域的旋转边界，需要注意旋转轴位置和方向需要和模型保持一致，在建模时可以考虑将旋转轴放在零点位置，省事。

入口为速度入口边界。

出口为自由出流边界，也可以是压力边界，优先考虑前者。

叶轮壁面设置为旋转运动壁面边界，由于和流体一起运动，因此设置相对速度为0。

创建interface边界，每个interface需要一对面。

设置计算方法和亚松驰因子，对于旋转机械问题，可能需要多种尝试才可以找到收敛性好的，前提是网格质量需要尽可能好，比如本案例笔者一开始的最小正交质量小于0.1，尝试各种设置都很难收敛，经过fluent网格质量提升操作后最小正交质量为0.2，方获得好的收敛性。另外，强烈建议读者设置几个监视器监视转子扭矩和泵进出口压力，因为这三个结果直径影响水泵特性的模拟准确性，因此为减小数值误差，通过监视器和计算残差共同来判断收敛性。

从入口初始化，稳态求解。

4 计算结果

首先，我们看一下其中一个流量下的计算收敛性，泵进出口总压、转子扭矩监视结果如下，可以看出迭代至1000步左右基本达到了收敛结果。