CFX12齒輪泵動網(wǎng)格要點

1、在CFX12中侵入式實體實例-齒輪泵（本例來源CFX12的幫助文件）名稱：利用侵入式實體對齒輪泵進(jìn)行流體動力學(xué)仿真模擬說明：侵入式實體是 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連續(xù)流體域 分割成多個不連續(xù)流體域的流體仿真結(jié)果；而在以前的流體分 析中，一般要求計算的流體域是連續(xù)的，即流體計算需要計算 連續(xù)性方程。卜面開始我的學(xué)習(xí)之旅!目錄1、 本例的特征說明 32、 求解問題的總體簡述 43、 開始之前的準(zhǔn)備 64、啟動 CFX-Pre 75、 在CFX-Pre模塊中進(jìn)行問題的定義 86、 導(dǎo)入網(wǎng)格 97、 生成定義時間步長和總體計算時間的CE虛達(dá)

2、式 108、 設(shè)定分析類型 119、 生成計算流體域 1210、生成流體域界面 1511、生成邊界條件 1712、設(shè)定求解控制 1813、設(shè)定輸出控制 1914、寫出CFX求解的* def定義文件 2015、利用CFX-Solver求解器獲得模擬計算結(jié)果 2116、在CFX-POSTI塊中進(jìn)彳f后處理 221、本例的特征說明 在本例中，將會學(xué)習(xí)到如下內(nèi)容：設(shè)定一個侵入式實體域應(yīng)用一個“考慮旋轉(zhuǎn)”的墻邊界條件利用CEL表達(dá)式監(jiān)視求解過程的執(zhí)行在CFX-POS中生成XY坐標(biāo)的瞬態(tài)圖表生成一個結(jié)果動畫ComponentFeatureDetailsCFX-PreUser ModeGeneral Mod

3、eDomain TypeImmersed SolidFluid DomainAnalysis TypeTransientFluid TypeContinuous FluidBoundary ConditionsInlet BoundaryOutlet BoundaryDomain InterfaceFluid FluidCFD-PostChartsMass Flow RatePressure DifferenceAnimationVelocity VectorMovie2、求解問題的總體簡述在本例中，你將模擬如下圖的一個齒輪泵。利用CFX中的侵入式實體功能對于流過流體的齒輪泵進(jìn)行模擬計算。入口

4、InletInlet channelSurface of outer rotorOutlet channel進(jìn)口通道外轉(zhuǎn)子的表面出口通道Outlet出口Inner rotor內(nèi)轉(zhuǎn)子在入口處有相對總體壓力10 Psi,在出口處靜態(tài)壓力為參考壓力。在齒 輪泵內(nèi)部，齒輪轉(zhuǎn)速7 rps ,齒輪泵外部轉(zhuǎn)速6 rps ,流體所在的區(qū)域直徑 約 7.3 cm。1對于泵內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的齒輪，利用侵入式實體進(jìn)行模型設(shè)定，對于泵內(nèi)的 流體利用旋轉(zhuǎn)流體域進(jìn)行模型設(shè)定，2而對于入口和出口的流體通道設(shè)定為靜態(tài)域。3對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；

5、4對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。對于周期性的旋轉(zhuǎn)流體，需要滿足如下條件：(1)旋轉(zhuǎn)流體域的網(wǎng)格需要有周期性的旋轉(zhuǎn)，以至于看起來每個齒流過 流體之后是一樣的；(2)侵入式實體的外部邊界網(wǎng)格 應(yīng)該是周期性旋轉(zhuǎn)的，以至于看起來每 個內(nèi)部的齒流過流體之后是一樣的；3、 ) 一個整數(shù)倍的總體時間步長應(yīng)該與單個齒流過流體的時間相對應(yīng)。4、 開始之前的準(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)，如果這個例子是您學(xué)習(xí)的第一個例子，請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 CFX(2)在ANSYS Workbenc仲運(yùn)行

6、CFX的例子。(3)改變顯示顏色。(4)執(zhí)行一個例子任務(wù)文件。5、 啟動 CFX-Pre(1)準(zhǔn)備工作目錄，并使用 CFX的Example目錄中的文件ImmersedSolid.preImmersedSolid.gtm(2)設(shè)定工作目錄，啟動CFX-Preo6、 在CFX-Pre模塊中進(jìn)行問題的定義如果您想自動定義本例子文件，請運(yùn)行 ImmersedSolid.Pre文件。如果 您想手動執(zhí)行，請按順序執(zhí)行如下步驟：(1)在 CFX-Pre 中，選擇 File->New Case ;(2)選擇General并點擊OK(3)選擇 File->Save Case As ；(4)在 Fil

7、e Name 中輸入 ImmersedSolid.cfx ;(5)點擊 Save。7、 導(dǎo)入網(wǎng)格(1)在 Outline 樹狀視圖中編輯 CaseOptions->General , # AutomaticDefault Domain關(guān)閉，在后面將已導(dǎo)入網(wǎng)格的方式手動生成 3個域，并點擊OK(2)選擇File->Import->Mesh 導(dǎo)入網(wǎng)格文件；(3)選擇網(wǎng)格文件類型 CFX Mesh (*gtm *cfx),并選擇工作目錄下的ImmersedSolid.gtm ,并點擊 Open8、 生成定義時間步長和總體計算時間的CEL表達(dá)式接下來，您將生成一個表達(dá)式用于瞬態(tài)流體分

8、析的時間步長設(shè)定。對于單個齒，轉(zhuǎn)過一個通道需要1/42s的時間，將該時間段分解成30個部分：在主菜 單中， 選擇 Insert->Expressions , Functions and Variables->Expression ;(1)在Insert Expression對話框中，輸入dt,并點擊 OK(2)設(shè)定Definition 為(1/42)s/30,并點擊Apply生成該表達(dá)式。接著，您將生成一個表達(dá)式用于定義總體計算時間。設(shè)定總體計算時間為3個齒流過流體，從而形成周期性流動的現(xiàn)象，具體步驟如下：(1)生成一個名稱為total time的表達(dá)式；(2)設(shè)定Definiti

9、on 為(3/42)s,并點擊Apply生成該表達(dá)式。9、 設(shè)定分析類型將分析類型設(shè)定為瞬態(tài)，并使用之前定義好的 CE虛達(dá)式，具體設(shè)定信息見下表：(1)在 Outline 樹中，編輯 Analysis Type ;(2)應(yīng)用下表的設(shè)定;TabSettingValueBasicSettingsExternal Solver Coupling > OptionNoneAnalysis Type > OptionTransientAnalysis Type > Time Duration > OptionTotal TimeAnalysis Type > Time Du

10、ration > Total Timetotal time 園Analysis Type > Time Steps > OptionTimestepsAnalysis Type > Time Steps > TimestepsdtAnalysis Type > Initial Time > OptionAutomatic withValueAnalysis Type > Initial Time > Time0 s回 You first need to click Enter Expression beside the field.(3)點

11、擊OK10、 生成計算流體域本例需要3個計算域，2個流體域以及1個侵入式實體域：生成一個侵入式實體域，步驟如下：(1)在主菜單下選擇Insert > Domain ,或點擊Domain按鈕。(2)在Insert Domain對話框中，設(shè)定名稱為ImmersedSolid并點擊OK.(3)應(yīng)用如下的設(shè)定:TabSettingValueBasicSettingsLocation and Type > LocationInner RotorLocation and Type > Domain TypeImmersedSolidLocation and Type > Coord

12、inate FrameCoord 0Domain Models > Domain Motion > OptionRotatingDomain Models > Domain Motion > Angular Velocity 7 rev sA-1Domain Models > Domain Motion > Axis Definition > OptionTwo PointsDomain Models > Domain Motion > Axis Definition > Rotation Axis From0.00383, 0, 0

13、Domain Models > Domain Motion > Axis Definition >Rotation Axis To0.00383, 0, 1(4)點擊OK.生成一個靜態(tài)流體域，步驟如下：(1)生成一個域，名稱為 StationaryFluid(2)應(yīng)用如下的設(shè)定：TabSettingValueBasicSettingsLocation and Type > LocationChannelsLocation and Type > Domain TypeFluid DomainLocation and Type > Coordinate Fram

14、eCoord 0Fluid and Particle DefinitionsFluid 1Fluid and Particle Definitions > Fluid 1 >Material LibraryTabSettingValueOptionFluid and Particle Definitions > Fluid 1 >MaterialWaterFluid and Particle Definitions > Fluid 1 > Morphology > OptionContinuous FluidDomain Models > Pre

15、ssure > Reference Pressure1 atmDomain Models > Buoyancy > OptionNon BuoyantDomain Models > Domain Motion > OptionStationaryDomain Models > Mesh Deformation > OptionNoneFluid ModelsHeat Transfer > OptionNoneTurbulence > Optionk-EpsilonTurbulence > Wall FunctionScalableCo

16、mbustion > OptionNoneThermal Radiation > OptionNoneInitializationDomain Initialization(Selected)Domain Initialization > Initial Conditions >Velocity TypeCartesianDomain Initialization > Initial Conditions > Cartesian Velocity Components > OptionAutomatic with ValueDomain Initial

17、ization > Initial Conditions > Cartesian Velocity Components > U0 m sA-1Domain Initialization > Initial Conditions > Cartesian Velocity Components > V0 m sA-1Domain Initialization > Initial Conditions > Cartesian Velocity Components > W0 m sA-1Domain Initialization > In

18、itial Conditions > Static Pressure > OptionAutomatic with ValueDomain Initialization > Initial Conditions > Static Pressure > Relative Pressure0 PaDomain Initialization > Initial Conditions > Turbulence > OptionMedium Intensity and Eddy Viscosity Ratio(3)點擊OK生成一個旋轉(zhuǎn)流體域，步驟如下:(1

19、)在 Outline 樹狀視圖中，右擊 Simulation->Flow Analysis1->StationaryFluid 并選擇 Duplicate。(2)右擊 Simulation->Flow Analysis 1->Copy of StationaryFluid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TabSettingValueBasicSettingsLocation and Type > LocationGearChamberDomain Models > Do

20、main Motion > OptionRotatingDomain Models > Domain Motion > AngularVelocity6 rev sA-1Domain Models > Domain Motion > Axis Definition > OptionDomain Models > Domain Motion > Axis Definition > Rotation AxisCoordinateAxisGlobal Z(6)點擊OK10、生成流體域界面增加一個域界面用于連接 StationaryFluid 和R

21、otatingFluid 域，步驟 如下：(1) 在主菜單中點擊 Insert->Domain Interface 或者點擊 Domain Interface 按鈕。(2)接受缺省的域界面名稱并點擊OK(3)應(yīng)用如下表格中的設(shè)置：TabSettingValueBasic SettingsInterface TypeInterface Side 1 > Domain (Filter)Fluid FluidStationaryFluidInterface Side 1 > Region ListInterface Side 2 > Domain (Filter)Channe

22、l SideRotatingFluidInterface Side 2 > Region ListInterface Models > OptionChamber SideGeneral ConnectionInterfaceModels> FrameChange/Mixing Model > OptionTransientRotorStatorInterface Models > Pitch Change > OptionNoneMesh Connection Method > Mesh Connection > OptionGGIAdditi

23、onal InterfaceModelsMass and Momentum > OptionConservativeInterface FluxMass and Momentum > Interface Model > OptionNone(4)點擊OK應(yīng)用一個考慮旋轉(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 為該表面代表了泵的靜態(tài)外殼。(1)編輯 RotatingFluid->Domain Interface 1 Side 2若該對象未出現(xiàn)在樹狀視圖中，則在 Case Options->General中選擇“Show Interface Boundarie

24、s in Outline Tree ” 并點擊 OK(2)應(yīng)用如下表格中的設(shè)定：TabSettingValueNonoverlap Conditions(Selected)Nonoverlap Conditions > Mass andNo Slip WallBoundaryMomentum > OptionDetailsNonoverlap Conditions > Mass and(Selected)Momentum > Wall VelocityNonoverlap Conditions > Mass andCounter RotatingMomentum

25、> Wall Velocity > OptionWall(3)點擊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，因為該部分代表了泵的外齒，并且關(guān)于Z軸轉(zhuǎn)速6rps。(1)編輯 StationaryFluid->Domain Interface 1 Side 1(2)應(yīng)用如下表格中的設(shè)定:TabSettingValueBoundaryDetailsNonoverlap Conditions(Selected)Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum > OptionNo Slip WallNonoverlap Con

26、ditions > Mass and Momentum > Wall Velocity(Selected)Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum > Wall Velocity > OptionRotating WallNonoverlap Conditions > Mass and Momentum > Wall Velocity > Angular Velocity6 rev sA-1Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum > Wall Vel

27、ocity > Axis Definition > OptionCoordinateAxisNonoverlap Conditions > Mass and Momentum > Wall Velocity > Axis Definition > Rotation AxisGlobal Z(3)點擊OK11、生成邊界條件生成入口的總體壓力10 psi邊界條件:(1 )在 Outline 樹狀視 圖中，右擊 StationaryFluid 并選擇Insert->Boundary 。(2)將Nam破定為in并點擊OK(3)應(yīng)用如下表格中的設(shè)定TabSett

28、ingValueBasic SettingsBoundary TypeInletLocationInletBoundaryDetailsMass And Momentum > OptionTotal Pressure (stable)Mass And Momentum > RelativePressure10 psiFlow Direction > OptionNormal to BoundaryConditionTurbulence > OptionMedium (Intensity = 5%)(4)點擊OK生成出口靜態(tài)壓力位參考壓力的出口邊界條件:(1)生成一個名稱

29、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TabSettingValueBasic SettingsBoundary TypeOutletLocationOutletBoundary DetailsMass And Momentum > OptionAverage Static PressureMass And Momentum > Relative Pressure0 PaMass And Momentum > Pres. Profile Blend0.05Pressure Averaging > OptionAverage

30、Over Whole Outlet(3)點擊OK12、設(shè)定求解控制(1)點擊 Solver Control 按鈕(2)應(yīng)用如下表格中的設(shè)定：TabSettingValueBasicSettingsAdvection Scheme > OptionHigh ResolutionTransient Scheme > OptionSecond Order BackwardEulerTransient Scheme > Timestep Initialization > OptionAutomaticTurbulence Numerics > OptionFirst Or

31、derConvergence Control > Min. Coeff. Loops1Convergence Control > Max. Coeff. Loops10Convergence Control > Fluid Timescale Control > Timescale ControlCoefficient LoopsConvergence Criteria > Residual TypeRMSConvergence Criteria > Residual Target1.0 E -4(3)點擊OK13、設(shè)定輸由控制對于瞬態(tài)結(jié)果文件進(jìn)行求解輸出控制，用于記錄每個時間步長的壓力、速度等信息：(1)點擊 Output Control 。(2)點擊Trn Results 標(biāo)簽項。(3)在Transient Results 列表項中，點擊 Add new item 按鈕，設(shè)定Name Transient Results 1,再點擊 OK(4)對于Transient Results 1應(yīng)用如下的設(shè)定：SettingValueOptionSelected VariablesFile CompressionDefaultOutput Variables ListPressure, Veloci