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多级泵PumpLinx仿真报告中国船舶重工集团公司第704研究所上海海基盛元信息科技有限公司目录1 简介 (1)1.1多级泵的简介 (1)1.2 CFD技术简介 (1)1.3 泵的CFD模拟 (2)2 多级泵的PumpLinx仿真步骤 (2)2.1 多级泵的稳态计算 (2)2.1.1 几何模型的导入 (2)2.1.2 网格划分 (9)2.1.3 交互面的创建 (11)2.1.4 模型选择与设置 (12)2.1.5 边界条件设置 (14)2.1.6 流体工质的定义 (15)2.1.7 计算 (15)2.1.8 结果后处理 (17)3 总结 (23)4 附录 (23)4.1 CFD技术 (23)4.2 泵的CFD模拟 (24)4.3 通用CFD软件 (24)4.4通用CFD软件的主要优点 (24)4.5 通用CFD软件的缺点 (25)4.6 PumpLinx简介 (25)4.7 PumpLinx的技术优势 (25)4.8 PumpLinx独特的专有网格技术 (27)4.9 选择PumpLinx的理由 (28)4.9.1 通用CFD软件FLUENT和泵CFD模拟专用CFD软件的比较 (28)4.9.2 选择PumpLinx的理由 (30)1 简介1.1多级泵的简介多级泵是由三级同轴离心泵组成，叶片数分别为10、7、9片，转速都为985转/分，如图1所示。
离心泵就是根据离心力原理设计的，高速旋转的叶轮叶片带动水转动将水甩出，从而达到输送的目的。
离心泵是最常见的动力式泵。
动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体，使其动能和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能而实现输送。
动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。
1.2 CFD技术简介计算流体动力学（CFD）是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。
CFD技术可用来进行流体动力学的基础研究，复杂流动结构的工程设计，了解在燃烧过程中的化学反应，分析实验结果等。
PumpLinx常见问题FAQQ：PumpLinx软件的单位制是什么？为何在参数界⾯中看不到？从其它三维建模软件中导⼊的模型是否需要进⾏单位制的转换？A：PumpLinx采⽤的标准的国际SI单位制，各参数的单位均已集成到软件中，不过没有对⽤户可见，从外部导⼊模型时，⼀定要注意单位制的转换，⽆论模型所带的单位是什么，PumpLinx均按⽶制单位导⼊。
例如，有的客户在UG中以mm 为单位创建好了模型，导⼊到PumpLinx中进⾏计算时发现很难收敛，这就是由于未进⾏单位制的转换⽽造成的，100mm的尺度在导⼊PumpLinx时被放⼤到100m，可想⽽知，计算时⽆法正常进⾏的。
Q：PumpLinx对导⼊的⼏何模型⽂件格式有要求吗？⽤UG、CATIA、Pro-E这些建模软件创建的模型可以导⼊吗？A：有要求，PumpLinx要求导⼊的⼏何模型必须是STL格式的，通⽤的建模软件，包括UG、CATIA、Pro-E等均兼容这种格式。
Q：PumpLinx的计算域需要在模型导⼊之前就定义好吗？包括边界表⾯的划分、区域交界⾯的划分等等。
A：不需要，PumpLinx具有便捷实⽤的⼏何模型编辑功能，能⽅便快速地实现计算域的划分、边界表⾯的定义等功能。
不过需要注意的是，不同计算域之间的间隙必须⼤于交互⾯公差（⼀般情况下，间隙厚度0.1mm即可满⾜此条件）。
Q：PumpLinx⽹格⽣成⼯具⽣成的是什么样的⽹格？与其他的⽹格处理⼯具兼容吗？A：PumpLinx⽣成的是笛卡尔⽹格，⽬前，有PumpLinx⽣成的⽹格还⽆法在其他⽹格处理⼯具中兼容，不过PumpLinx可以兼容其他的⽹格形式，如，Nastran Grid，Gambit Neutral以及Ansys CDB等等。
Q：⽹格尺度是如何控制的？如何查看⽹格及节点的数量？A：PumpLinx⽹格尺度主要是通过“Maximum Cell Size”，“Minimum Cell Size”及“Cell Size on Surfaces”这三个参数来控制的，⼀般我们建议“Maximum Cell Size”与“Cell Size on Surfaces”的⽐值控制在2:1到4:1之间。
PumpLinx 软件软件简介及其在核电用简介及其在核电用简介及其在核电用泵泵CFD 仿真中的应用北京海基科技发展有限责任公司2012年11月y w w w .h i k e y t e c h .c o m H i -K e目录1.引入专业泵CFD 仿真软件的必要性 (3)2. PumpLinx 公司及软件介绍 (4)2.1 公司介绍.............................................................................................................4 2.2 P UMP L INX 软件介绍............................................................................................4 2.2.1 PumpLinx 专业的泵、阀模板. (4)2.2.2 PumpLinx 高效的求解器 (5)2.2.3 PumpLinx 独特的专有网格技术 (5)2.2.4 PumpLinx 专业的空化与汽蚀模型 (7)2.2.5 计算结果的可靠性 (7)3. PumpLinx 的应用范围 (8)4. PumpLinx 在核电用泵中的典型应用 (13)4.1 核电用单级轴流冷却水泵的仿真 (13)4.2 核电用离心泵仿真 (15)4.3 双吸离心泵仿真 (16)4.4 多级离心泵及其他应用仿真 (19)5. PumpLinx 模块模块配置清单..............................................................................226. 总结........................................................................................................................23 y w w w .h i k e y t e c h .c o m H i -K e1.引入引入专业泵专业泵CFD 仿真软件仿真软件的必要性的必要性 随着世界工业发展水平和人类生活水平对能源需求量的不断提高，世界范围内，以石化燃料为主的一次能源逐渐枯竭；从现有的可再生能源看，水力资源开发难度逐渐加大；太阳能、风能等一时难以作为大规模能源补充，受气象和地理条件限制，开发能力有限。
多级泵PumpLinx仿真报告中国船舶重工集团公司第704研究所上海海基盛元信息科技有限公司目录1 简介 (1)1.1多级泵的简介 (1)1.2 CFD技术简介 (1)1.3 泵的CFD模拟 (2)2 多级泵的PumpLinx仿真步骤 (2)2.1 多级泵的稳态计算 (2)2.1.1 几何模型的导入 (2)2.1.2 网格划分 (9)2.1.3 交互面的创建 (11)2.1.4 模型选择与设置 (12)2.1.5 边界条件设置 (14)2.1.6 流体工质的定义 (15)2.1.7 计算 (15)2.1.8 结果后处理 (17)3 总结 (23)4 附录 (23)4.1 CFD技术 (23)4.2 泵的CFD模拟 (24)4.3 通用CFD软件 (24)4.4通用CFD软件的主要优点 (24)4.5 通用CFD软件的缺点 (25)4.6 PumpLinx简介 (25)4.7 PumpLinx的技术优势 (25)4.8 PumpLinx独特的专有网格技术 (27)4.9 选择PumpLinx的理由 (28)4.9.1 通用CFD软件FLUENT和泵CFD模拟专用CFD软件的比较 (28)4.9.2 选择PumpLinx的理由 (30)1 简介1.1多级泵的简介多级泵是由三级同轴离心泵组成，叶片数分别为10、7、9片，转速都为985转/分，如图1所示。
离心泵就是根据离心力原理设计的，高速旋转的叶轮叶片带动水转动将水甩出，从而达到输送的目的。
离心泵是最常见的动力式泵。
动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体，使其动能和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能而实现输送。
动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。
1.2 CFD技术简介计算流体动力学（CFD）是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。
CFD技术可用来进行流体动力学的基础研究，复杂流动结构的工程设计，了解在燃烧过程中的化学反应，分析实验结果等。
CFD技术求解问题的过程是按下列步骤进行的：1.前处理（1）几何模型的创建：在CAD软件中创建几何模型。
（2）网格划分：将几何模型导入到网格划分软件进行网格划分。
2.求解（1）边界条件设置：根据已知条件对边界条件进行设置。
（2）工质设置：输入工质参数。
（3）计算3.后处理：显示所关心的结果，包括压力、速度、温度数值，为了方便直观，也可以以三维云图的形式显示。
1.3 泵的CFD模拟泵的CFD模拟就是利用现代CFD技术模拟泵的流量、扬程、轴功率、效率等参数，这样在泵的设计阶段就可以了解泵的性能，避免设计失误，减少试验成本，缩短设计周期。
Pumplinx是专业的泵的仿真软件。
在Pumplinx操作过程中，所有的CFD步骤只需要在一个界面下完成，包括几何模型的处理、网格划分、求解、后处理。
Pumplinx内置了很多泵阀的模板，所以不管是网格划分还是计算都是非常简洁高效的。
总之，用Pumplinx软件来模拟多级泵能够大大缩短时间，而且操作简单，计算速度快，结果准确。
2 多级泵的PumpLinx仿真步骤2.1 多级泵的稳态计算2.1.1 几何模型的导入1.双击PumpLinx软件，点击Mesh选项卡下的Import/Export Geometry or Grid，点击“Import Surface From STL Triangulation File”，将多级泵的几何模型（.stl格式）图2.1 PumpLinx中多级泵模型图2.单位换算。
PumpLinx软件默认的是所读入的几何模型的单位都为国际单位。
点击Gemetric Entities选项卡下CAD Surfaces下的几何模型，点击Mesh选项卡下“”，因为创建几何模型时所用单位为mm，所以选边界条件，所以要对整个面进行切割。
先按照非连续曲面切割，选择所要切割的曲面，点击”Split/Combine Geometry or Grid”，选择“”，然后点击“Split Disconnected”，曲面会被切割成几部分如图2.3所示。
图2.3 模型切割后示意图4.对进口段inlet_1进行切割。
按照30°角度进行切割。
Pumplinx会将大于默认角度的两个面分开，然后对面进行合并归类命名，如图2.4所示。
图2.6 diffuser_1面命名示意图7.同理，对出口段1（outlet_1）进行切割归类命名，如图2.7所示。
图2.8 进口段2面的命名示意图图2.11 转子3面命名示意图2.1.2 网格划分对多级泵的每一部分都采用通用网格生成模板进行网格生成，选择能够包罗一个封闭几何体的所有的面，然后点击”mesh”选项卡下的”general mesher”，设置网格精度，通常改变最大网格尺度和面网格尺度即可满足网格精度要求，而且最大网格尺度和面网格尺度的比值在4:1~2:1之间较好。
如果用户还需特殊要求，可以改变其他控制值。
图2.14.1 多级泵整体网格图2.14.2 转子1的网格图2.14.3 网格局部放大图图2.14.4 网格局部放大图2.1.3 交互面的创建Pumplinx使用一种全新的网格界面自动连接方法。
这种方法不仅使用方便，速度快，而且几何计算上非常准确，非常稳定。
在界面两边网格关系建立好之后，CFD计算时所有的处理和单块网格里网格内部界面完全一样，保证了CFD求解算法的全隐式特性，守恒性，计算速度和计算精度。
此模型中共有8个交互面，我们依次来进行交接。
选择Boundary选项下inlet_1_rotor_1_mgi和rotor_1_inlet_1_mgi，然后点击“”connect selected boundaries via MGI按钮。
同样的操作，创建余下的7个交互面，如图2.15所示。
图2.15 交互面示意图2.1.4 模型选择与设置多级泵中含有三个离心泵，因此依次添加3个离心泵模型，然后分别定义转动方向应该是逆时针，转速985转/分，将离心泵1作为参考泵。
如图2.17所示。
图2.17 离心泵1的模板设置离心泵2有7个叶片，转动方向和转速与离心泵1相同，如图2.18所示。
图2.18 离心泵2的模板设置离心泵3有9个叶片，转动防线和转速与离心泵1相同，如图2.19所示。
图2.20 离心泵3的模板设置此外，湍流和空化模型就采用默认的设置来计算，如果用户需要改动，先将泵的模板由Template Mode改为Extended Mode，再点击Turbulence修改。
2.1.5 边界条件设置边界条件如下：进口压力：0.067MPa出口流量：0.0444m3/s1.点击Boundaries下的进口，将Centrifugal 1改为Inlet，然后输入67000Pa，图2.21 进口边界条件设置2.点击Boundaries下的出口，将Centrifugal 3后改为出口，然后输入流量0.0444m3/s，如图2.22所示。
图 2.22 出口边界条件设置3.将rotor_1_blades,rotor_1_shroud,rotor_1_top面类型改为centrifugal 1 的Rotor，复选这些面然后点击Centrifugal 1后的下拉菜单，选择Rotor，如图2.23图2.23 转子1面类型的设置4.同理将rotor_2_blades，rotor_2_shroud，rotor_2_top面类型改为centrifugal 2的Rotor，将rotor_3_blades,rotor_3_shroud,rotor_3_top面类型改为centrifugal 3的Rotor。
2.1.6 流体工质的定义工作介质为水，温度65°C，密度980kg/m3。
点击Geometric Entities下的volume，在Properties下输入工质属性参数。
2.1.7 计算1.点击Simulation选项卡，输入迭代次数，点击“start”按钮，pumplinx开始计算，如图2.24。
图2.25 稳态计算残差曲线和出口压力曲线2.1.8 结果后处理Pumplinx在计算的过程中，可以监测残差曲线，任意曲面的某一变量，并且可以在图上显示时时变化的三维云图。
1．稳态计算收敛后压力云图。
点击Boundaries下所要显示的面，单击“Results”，选择压力变量（如图2.26）得到压力云图（如图2.27）。
图2.27 压力云图第三级叶片压力局部放大图Y=0面的压力云图三级叶轮的压力云图第一级叶轮压力云图2. 稳态计算收敛后速度大小云图，如图2.28。
图2.28 速度大小云图3. 显示速度矢量图，如图2.29所示。
图2.29 叶轮速度矢量图Y=0 速度矢量图3 总结本报告使用PumpLinx软件，较为系统地模拟了中国船舶重工集团公司的多级泵在定转速、定入口压力下的流动特性，也就是说通过PumpLinx对该水泵的流场进行分析，不仅能得到该泵的流动特性，而且为预测泵的特性提供参考，对泵的设计和改进提供了有力的理论和技术依据。
通过本报告所作的工作，可以总结出PumpLinx在该多级泵流场模拟的过程中所具有的几大独特优势：（1）快速、高质量的网格生成技术本算例所用到的网格是用PumpLinx自动生成的，最终生成的网格数量总共约为80万，从网格参数设置到自动生成总共花费时间仅为半小时左右。
（2）精确而稳健的空化模型：本算例为考虑空化模型。
（3）类型丰富的泵摸板:PumpLinx内置了最多类型的泵模板，已经覆盖了98%的泵,本算例使用了其中的离心泵模板。
（4）计算速度快:在本算例中，稳态计算只需要计算1个半小时左右即可稳定（单CPU、2G内存），快速的计算无疑会极大地提高设计人员的工作效率。
（5）方便的后处理：各个定义边界的压力、流量等参数均可以得到，进而可以得到泵的各种性能参数，瞬态模拟还可以将参数变化做成动画。
（6）此外，PumpLinx还具有泵阀联合模拟的功能，通过添加阀门的实际模型和参数，用来模拟泵在运行过程中阀门的开启和关闭以及阀门动作对泵的流场的动态影响。
4 附录4.1 CFD技术计算流体动力学（CFD）是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。
CFD技术可用来进行流体动力学的基础研究，复杂流动结构的工程设计，了解在燃烧过程中的化学反应，分析实验结果等。
其主要优点是能以较少的费用和较短的时间获得大量有价值的研究结果，对投资大、周期长、难度高的实验研究来说，CFD技术的优点就更为突出。
因此，将CFD技术与工程研究相结合，不仅有助于工程设计的改进，而且能减少实验的工作量．可以说，CFD技术是一种有效和经济的研究手段。
