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基于Fluent 14.5离心泵内部流场数值模拟教程内容摘要：一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，...一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，并且能够更好的在设计阶段预测泵内部流动所产生的漩涡、二次流、边界分离、喘振、汽蚀等不良现象，通过改进以提高产品可靠性。
本教程采用IS80-65-125型水泵的水力模型，通过具体步骤希望广大同行能快速掌握运用Fluent对水泵进行CFD模拟的步骤方法。
二、建模采用Creo 2.0 M020（Peo/Engineer）进行建模。
本次教程不考虑叶轮前后盖板与泵腔间的液体（事实证明对实际结果有一定影响，为了教程方便因此不予考虑，大家可以在实际工作中加入对前后腔体液体），建模只考虑进口管部分、叶轮旋转区域部分、蜗壳部分。
对于出口管，可以根据模型的特征进行判别，本次模拟是由于出口管路对实际模拟结果影响很小，不存在尺寸急变等特征，因此去掉了出口管段，以减少网格数量。
建模如图所示：图1 建立流道模型三、网格划分建模完成后，导出*.x_t（或其他格式）格式，导入网格划分软件中进行网格划分。
网格划分软件有很多，各有各的优势，主要采用自己熟练的一种即可。
本次教程采用ICEM进行网格划分。
进口段为直锥型结构，采用六面体网格。
叶轮和蜗壳部分采用四面体非结构网格（也可以采用六面体网格，划分起来比较麻烦）。
对于工程应用，可以采用不划分边界层网格，划分边界层网格比较费时间，生成的网格数量也很高，但是从模拟的外特性曲线来看，差别不是很大，但是对于研究边界层流动对性能的影响，就必须划分边界层，对于采用有些壁面条件，也必须划分边界层（该部分查看其它教程）。
基于CFX的离心泵内部流场数值模拟基于CFX的离心泵内部流场数值模拟随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。
如有不对之处敬请指教。
一、CFX数值计算的完整流程二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分导入几何模型修整模型创建实体创建PRAT设置全局参数划分网格检查网格质量并光顺网格导出网格－选择求解器导出网格三、CFX-Pre 设置过程基本步骤新建文件导入网格定义模拟类型创建计算域指定边界条件建立交界面定义求解控制定义输出控制写求解器输入文件定义运行计算过程四、CFX-Post后处理计算泵的扬程和效率云图矢量图流线图导入几何模型在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。
图3 导入几何模型界面修整模型单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。
拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边，yellow = 单边，red = 双边，blue =多边，线条颜色显示的开/关Model tree →Geometry → Curves → Color by count，Red curves 表示面之间的间隙在容差之内, 这是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。
图4 修整模型界面2-3 创建实体单击Geometry→Creade Body，详细过程如图5所示。
图5 创建实体界面创建PRAT创建PART，是为了设置边界时使用，在模型树中，右键点击Part，在出现菜单中选择Create Part。
以此创建各个部件的part，如图6所示。
离心泵的水力设计和数值模拟讲解离心泵是一种常见的水力机械设备，广泛应用于工业和民用领域。
它的水力设计和数值模拟是对离心泵性能进行优化和改进的重要手段。
下面将从离心泵的水力设计和数值模拟两个方面进行详细讲解。
一、离心泵的水力设计1.流量设计：离心泵的流量设计是以工程要求的流量为基础，通过水力模型试验或数值模拟等方法确定。
流量是衡量离心泵工作效果的重要指标，也是确定泵的尺寸和形式的基础。
2.扬程设计：扬程是指离心泵能够将液体抬升的高度。
在水力设计中，扬程是根据所需扬程和流量来确定的。
扬程的大小取决于泵的尺寸、转速、叶轮形状等因素。
3.效率设计：离心泵的效率是指泵所传递的水功率与泵所消耗的机械功率的比值。
效率的高低直接影响到泵的能耗和使用成本。
在水力设计中，需要根据工程要求和经济性考虑，确定合适的效率。
4.功率设计：离心泵的功率设计是指根据所需流量、扬程和效率来确定泵的功率。
功率是决定泵的动力系统和选型的重要参数，需要根据泵的工作条件和性能曲线来确定。
二、离心泵的数值模拟离心泵的数值模拟是利用计算机技术对泵的内部流动进行仿真模拟，以获得流场信息、压力分布和效率等参数。
数值模拟可以帮助优化和改善泵的性能、减少试验成本和时间。
1.建立几何模型：离心泵的数值模拟首先需要建立一个几何模型。
几何模型包括泵的内外部结构、叶轮的形状和尺寸等。
通过CAD软件等工具进行建模，得到几何模型的三维模型。
2.网格划分：在几何模型的基础上，需要对计算域进行网格划分。
网格划分是将计算域划分成小区域，以便对流动进行离散化计算。
合理的网格划分能够保证计算结果的准确性和稳定性。
3.数值计算：数值计算是指通过数值方法对流体的动力学方程进行求解，得到流场信息和参数分布。
常用的数值求解方法包括有限体积法、有限元法和离散元法等。
通过将流场方程离散化为代数方程组，使用求解器进行求解，得到结果。
4.结果分析与优化：得到数值模拟结果后，可以对流场、压力分布、速度分布等进行分析和评价。
离心泵数值模拟用ns 方程引言离心泵是一种被广泛应用于流体输送领域的设备，其工作原理是通过离心力将液体从低压区域抽离到高压区域。
为了更好地了解离心泵的性能以及优化设计，工程师们采用数值模拟方法来研究泵的内部流动。
其中，使用NS 方程模拟离心泵的内部流动是一种常用的方法。
本文将从理论公式的推导、数值模拟方法的介绍以及实例分析等方面全面、详细、完整地探讨离心泵数值模拟用NS 方程的相关内容。
NS 方程的推导运动量守恒方程运动量守恒方程是NS 方程的基础，用于描述流体的运动。
在液体流动中，运动量守恒方程可以写作：ρ(∂u ∂t+u ⋅∇u)=−∇p +μ∇2u +f 其中，u 表示流体的速度矢量，ρ表示流体的密度，p 表示流体的压力，μ表示液体的动力粘度，f 表示外力矢量。
质量守恒方程质量守恒方程用于描述流体的连续性。
对于不可压缩的流体，质量守恒方程可以写作：∇⋅u =0NS 方程的边界条件对于离心泵数值模拟来说，NS 方程的边界条件尤为重要。
常见的边界条件包括入口速度、出口压力以及壁面的无滑移等。
在数值模拟过程中，正确设置边界条件可以保证模拟结果的准确性和可靠性。
数值模拟方法介绍有限差分法（Finite Difference Method）有限差分法是数值模拟中常用的方法之一，其原理是将微分方程中的导数用有限差分近似替代，从而转化为代数方程组。
对于离心泵数值模拟来说，可以将NS方程离散化成差分方程，然后通过迭代求解得到流场的数值解。
有限体积法（Finite Volume Method）有限体积法是一种广泛应用于流体力学数值模拟的方法，其思想是将流体力学方程在空间上分割成一系列有限体积。
对于离心泵数值模拟来说，可以将泵内的流场划分为一系列控制体积，并在每个体积内求解平衡方程，最终得到数值解。
有限元法（Finite Element Method）有限元法是一种常用的数值模拟方法，在求解粘性流体问题时也得到了广泛的应用。
离心泵数值模拟基本方程和定解条件
离心泵的数值模拟基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程。
1. 连续性方程：
离心泵的连续性方程描述了流体在泵内的质量守恒关系。
它可以用以下公式表示：
(ρA)/t + div(ρAv) = 0
其中，ρ是流体的密度，A是流体的流通截面积，v是流体的流速。
2. 动量方程：
离心泵的动量方程描述了流体在泵内的动量守恒关系。
它可以用以下公式表示：
ρ(?v/?t + v·grad(v)) = -grad(p) + ρg + ∑Fi
其中，p是流体的压力，g是重力加速度，Fi是外力的合力。
3. 能量方程：
离心泵的能量方程描述了流体在泵内的能量守恒关系。
它可以用以下公式表示：
(ρE)/t + div(ρEv) = -div(q) + ∑(Fv)
其中，E是流体的总能量，q是流体的热流量，Fv是流体受到的体积力。
在数值模拟中，以上方程需要与一些边界条件和初始条件相结合以形成一个定解问题。
例如，可以设定进口和出口的流量、压力或速度，以及泵的初始状态等。
需要注意的是，由于离心泵是一种工程设备，其中涉及的设计参数和具体情况较为复杂，所以数值模拟时通常会根据具体情况和实际需求进行适当的简化假设和边界条件的设定。
如果有具体的工程问题，建议咨询专业领域的工程师或研究人员进行详细的讨论和分析。
