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CFturbo简介及与PumpLinx的设计-仿真一体化解决方案

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CFturbo简介及与PumpLinx的设计-仿真一体化解决方案
北京海基科技有限公司
2010年6月
目录
1.CFturbo——泵与旋转机械专业设计工具简介 (3)
2.CFturbo工作流程 (4)
3.CFturbo与PumpLinx的联合仿真 (7)
4.CFturbo-PumpLinx设计-仿真一体化解决方案的技术优势 (8)
1.CFturbo——泵与旋转机械专业设计工具简介
CAE技术在泵、压缩机、风机等旋转机械领域的仿真分析中应用广泛。

然而，如何根据旋转机械的性能需求，快速高效地设计CAD造型，是深入应用CAE 技术的一大瓶颈。

CFturbo是专业的叶轮及蜗壳设计软件，该软件结合了成熟的旋转机械理论与丰富的实践经验，基于设计方程与经验函数开展设计，并且能够根据用户积累的专业技术和设计准则来定制特征函数。

作为一个便捷高效的工程设计软件，CFturbo广泛应用于离心泵、混流泵、离心风机、混流风机、压缩机、涡轮等旋转机械的设计，只需要给出流量、效率等性能需求，就可以自动生成叶轮及蜗壳造型。

CFturbo 具备与多种CAD与CAE软件的直接接口，从而确保CFturbo设计生成的几何造型能够便捷地导入各种软件进行模型修改、性能校核、优化设计、性能分析等相关工作。

除了IGES，STEP，DXF以及ASCII文本等中间格式外，CFturbo还具备与多种CAD/CAE/CFD大型软件的直接接口。

例如，CFturbo与专业的泵、阀仿真软件PumpLinx即可实现完美集成，从而深层次发挥各自的效能。

已集成的CAD软件：AutoCAD, Catia, Inventor, OneSpace Designer, PRO/Engineer Wildfire, Solidworks, Unigraphics NX
已集成的CAE软件：PumpLinx, ANSYS Blade Modeler, ANSYS Gambit/Fluent, ANSYS ICEM CFD, ANSYS TurboGrid, NUMECA, Autogrid,
NUMECA, FINE/Turbo, Pointwise, Gridgen
2.CFturbo工作流程
输入性能参数：包括设计流量、扬程、转速、流体密度、流动角、转向、叶片数等基本参数。

CFturbo会根据设计参数自动求解比速度、输出功等参数，再根据默认或自定义的函数计算子午线基本参数。

输入性能参数
子午线线型设计：可调整子午线，含子午线外形、前缘位置等。

叶型设置：含叶型选择、叶片厚度设置、角度设置等参数选项。

叶片中心线设置：可设置叶片中心线的角度与形状。

叶片中心线设置
叶型线设计：可详细修改设置叶型线。

叶型线设计
叶尖磨圆：可设置不同类型与几何的叶尖圆角。

叶尖磨圆
蜗壳设计： CFturbo 会根据叶轮设计参数自动计算蜗壳参数与其匹配。

蜗壳设计
性能预估：CFturbo提供了性能预估功能，可针对设计好的泵模型，已经验函数与CFD理论，给出泵初步的工作性能，从而指导设计工作。

泵工作特性的CFturbo预估
3.CFturbo与PumpLinx的联合仿真
CFturbo中具备大量CAE与CAD软件的直接接口，可直接在CFturbo直接启动PumpLinx软件，并自动选择相应的泵模板，设置好求解模型，从而开展后续网格划分与求解分析工作。

CFturbo的CAE软件接口（含PumpLinx）
在CFturbo中启动PumpLinx
在PumpLinx中针对泵模型进行网格划分与精确解算，可获取详细的工作性能参数。

从而深入考察设计方案的优劣。

除此之外，对比PumpLinx的计算结果
与CFturbo中预估的性能，可指导CFturbo优化设计的方向。

PumpLinx网格划分与仿真
4.CFturbo-PumpLinx设计-仿真一体化解决方案的技术优势
CFturbo 具备与多种CAD与CAE软件的直接接口，从而确保CFturbo设计生成的几何造型能够便捷地导入各种软件进行模型修改、性能校核、优化设计、
性能分析等相关工作。

CFturbo与PumpLinx二者可实现无缝集成，从而深层次
发挥各自的效能。

仅需要提供基本的性能需求，即可在CFturbo中设计完备的泵与蜗壳造型，尤其是可以对叶轮造型进行优化设计。

CFturbo除了强大的设计能力之外，也可对泵的工作特性进行预估。

通过这一预估功能，可以直接地看到叶轮改型对泵工作特性的影响，从而指导优化设计的方向，快速得到新的泵模型。

设计完成后，在CFturbo中启动PumpLinx，可对优化后的泵模型建立网格并开展数值分析，进一步获取其工作特性。

CFturbo-PumpLinx设计-仿真一体化方案，可显著提高企业产品设计、仿真的效率，快速获取高性能的泵与旋转机械造型，并且在设计初期就能比以往更早地认知产品性能、提高产品质量。

同时，由于CFturbo能够集成用户自身的专业经验设计函数，因此，CFturbo-PumpLinx设计-仿真一体化解决方案可捕捉和固化最佳实践，建立统一的设计、仿真、优化知识库和数据库。

此外，该方案可引入造型与试验等产品生命周期管理的基础架构，从而有效利用、管理设计模型、仿真数据、试验数据，全面提升企业的研发能力。

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CFturbo安装方法

CFturbo安装方法

CFturbo安装⽅法CFturbo安装⽅法CFturbo是⼀款来⾃德国的专业旋转机械设计软件，CFturbo公司涉及领域包括泵、风机等在内的旋转机械的CFD仿真、FEM 仿真、模型设计及优化已经多年，他结合了成熟的旋转机械理论与丰富的实践经验，基于设计⽅程与经验函数开展设计，并且能够根据⽤户积累的专业技术和设计准则来定制特征函数。

只需要给出流量、效率等性能需求，就可以⾃动⽣成叶轮及蜗壳造型，⽬前正⼴泛应⽤于离⼼泵、混流泵、离⼼风机、混流风机、压缩机、涡轮等旋转机械的设计。

除了IGES、STEP、DXF 以及ASCII⽂本等中间格式，CFturbo还⽀持与多种CAD/CAE/CFD⼤型软件直接接⼝，如通过接⼝就可以和专业的泵、阀仿真软件—PumpLinx实现完美集成，从⽽深层次发挥各⾃的效能，确保CFturbo设计⽣成的⼏何造型能够便捷地导⼊各种软件进⾏模型修改、性能校核、优化设计、性能分析等相关⼯作。

CFturbo 10.0.7已经正式发布，本次升级幅度很⼤，增加了很多功能，⽐如增加了轴流式风机、泵及涡轮的设计模块，⽀持诱导轮及双蜗壳的设计。

同时，随着CFturbo功能的增强，其和PumpLinx及Actran等⼯具的⼀体化设计仿真能⼒也得到了加强，为技术⼈员在风机、泵等叶轮机械的设计、仿真⼀体化过程上提供了强⼤的⽀持。

CFturbo的独特优势：1、完备的设计功能：CFturbo可⽤来设计离⼼及混流式的泵/风机/压缩机/涡轮等旋转机械的叶轮转⼦部分，以及与叶轮匹配的蜗壳和扩压器等定⼦部分。

对于⼀些特殊的叶轮（如污⽔泵，叶⽚数为1-3）和蜗壳（双蜗壳）CFturbo均有对应的经验函数指导⽤户完成设计。

2、设计快速，重复性好：只需提供额定设计点的流量、压差、转速和流体介质密度等基本条件，CFturbo⼏分钟之内即可完成⼆维及三维CAD设计，客户也可根据⾃⼰的经验对设计模型进⾏修改，CFturbo会对这些修改进⾏实时更新，重复性好。

基于CFturbo的离心泵设计专题资料集锦(一)

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2.农用离心泵内二维流场的CFD模拟 基于CFD模拟技术,采用滑动网格模型对离心泵内流场进行了2-D求解,得出了 离心泵内的速度分布图、速度矢量图以及不同时刻的总压力图。结果表明:离
心泵内部流动非常复杂,叶轮内各流道压力分布、流速和流量差异明显,呈现
出高度的不对称性。Fluent软件对离心泵内流场的模拟,能真实反映出泵内流 道状况,为农用离心泵内叶轮的设计、改良提供理论基础
对分流短叶片离心泵和原型离心泵进行固液两相流场的数值模拟,在多重参考
系坐标下,采用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用标准 的k湍流模型和SIMPLEC算法进行求解,得到两种不同叶型离心泵内固相浓度、 速度等参数的分布和变化规律,并对其结果进行比较和分析.模拟结果表明:在 输送相同初始固相体积浓度时,分流短叶片离心泵内固相浓度分布均匀性明显 高于原型离心泵；对于分流短叶片离心泵,流道内固相颗粒浓度分布均匀性随 着初
3.抽黄灌溉用离心泵泥沙磨损机理的数值研究.pdf 固液两相流离心泵在国民生产中占有非常重要的位置，特别是对抽黄灌溉用 离心泵而言，由于其长期运行在高含沙水 流工况下，磨蚀破坏严重，性能下
降，甚至威胁到泵站的安全稳定运行。本文对离心泵在清水和水沙两相流情
况下的内部流 动进行了数值研究。采用双流体模型揭示了不同粒径、不同浓 度下，离心泵压力、速度和沙粒浓度的分布规律；采用颗粒轨 道模型计算阐
明了不同工况不同粒径下，离心泵的磨损部位及程度。在此基础上进一步采
用双流体模型计算分析了混合沙粒 对离心泵性能的影响。
4.立式离心泵磁悬浮轴承的性能分析与应用
导轴承是立式离心泵的关键部件。当前使用的橡胶轴承及赛龙轴承由于磨损 和泥沙嵌入而导致主轴损坏,从而缩短立式离心泵运行周期。提出使用磁悬浮 轴承,研究立式离心泵的运行工况及故障点,设计了立式离心泵的磁悬浮轴承 装置。通过Ansoft仿真分析磁悬浮轴承的磁场、磁能分布、磁力大小等,并在 ANSYS上做了应力分析,研究最大工作点变形情况,以UG设计系统三维模型,在 Adams与MATLAB上仿真系统动力特征,进行优化设计。试验中在Code Composer Studio2上调试DSP控制程序,设计出离心泵磁悬浮轴承控制系统。试验结果表 明:设计的磁悬浮轴承运行效率较橡胶轴承立式离心泵提高了4%～6%,延长导 轴承的无故障使用周期6～8倍;相对赛龙轴承立式离心泵运行效率提高了3%～ 5%,延长导轴承的无故障使用周期3～4倍。
基于CFturbo的离心泵设计专题资料(二)

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6.低比转速离心泵叶轮内固液两相流的数值分析.pdf 为了分析离心叶轮内固液流动特性,采用Mixture多相流模型,扩展的标准κ ε 湍流方程与SIMPLEC算法,应用流体动力学软件Fluent对低比转速离心泵叶轮 内固液两相湍流进行了数值模拟.分析了多种粒径及浓度条件下的固相体积浓 度分布规律.当颗粒直径较小和泥沙浓度较低时,固粒在叶轮出口附近会出现 向叶轮背面迁移的趋势;但在离心泵叶轮固液两相流动中,固体颗粒还是主要 集中于叶轮工作面,因而会加剧叶轮工作面磨损破坏速度.数值结果表明,在相
心泵知识库：
1.小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析.pdf 针对螺旋离心泵内固液两相流动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质, 采用改变沙粒粒径和含沙水体积分数的方法,对小粒径颗粒在螺旋离心泵内的
流动进行了数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小
对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布 的影响,得出压力沿叶轮工作面和背面的分布规律以及固相体积分数沿叶轮轴
Workbench软件对离心泵叶轮转子进行模态分析,得到四阶固有频率和振型;加
载径向力载荷后,不同流量下叶轮转子产生形变,其中0流量和0.4 Q0流量时泵 密封环处形变量超出密封间隙设计值,为泵的密封环间隙的设计和修改提供了
参考依据.
5.离心泵流噪声实验研究.pdf 搭建了离心泵流噪声测试系统，并对离心泵的流噪声进行实验研究。利用水 听器测量了原型叶轮和四种改型叶轮在不同转速下的流噪声，发现水 泵流噪 声随着转速的增加而增加，随轮舌间隙的减小而增加。实验结果还表明，水 泵下游的流噪声声压级要高于上游。观察水泵两端声压级差随转速以 及叶轮 半径的变化关系，并探讨其产生的原因。
基于CFturbo的离心式吸鱼泵设计

基于CFturbo的离心式吸鱼泵设计

渔业现代化FISHERY MODERNIZATION第46卷第4期2019年8月Vol. 46 No ­Aug. 2019DOI ： 10. 3969/j. issn. 1007-9580. 2019. 04. 005基于CFtur'o 的离心式吸鱼泵设计刘平,林礼群，徐志强，［志新（中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，农业农村部渔业装备与工程技术重点实验室，上海200092）摘要:传统的离心式吸鱼泵设计基本上是根据设计经验与相似泵推导设计，导致设计周期长且性能参数无法确定。

为了更加快速、精确地设计出不同尺寸类型的吸鱼泵，并估算出离心式吸鱼泵的流量、扬程等性能参数，运用CFtur'o 设计软件进行参数化设计吸鱼泵，通过CFturbo 软件建立吸鱼泵的三维模型，并通过软件内 置经验函数优化设计，然后通过CFD 流体动力学软件进行数值模拟仿真验证，最终设计出符合性能参数要求的离心式吸鱼泵，实现离心式吸鱼泵的快速研发。

关键词：离心式吸鱼泵;参数化设计;数值模拟仿真;CFturbo中图分类号:S972.65 文献标志码:A 文章编号:1007-9580（2019）04X ）31-05随着渔业现代化的发展，对于渔获水产品的 产量和质量的要求都在不断提高，因此，保证水产养殖和海洋捕捞生产作业过程中渔获物的成活率和无损率是渔业生产所必须面对的重要问 题［1-3］。

解决此问题的重要途径就是不断提高渔业生产过程中的自动化、机械化和智能化水平，尽量减少渔业生产过程中因落后的生产技术、繁复的操作等因素造成的生产损耗。

吸鱼泵作为大水 面网箱养殖、工厂化养殖和海洋捕捞生产作业中的重要设备，无论是水产养殖生产中鱼类的换池、分级、放养和起捕，还是渔业捕捞生产中的渔获起 捕、分级、转运，均要求对鱼体无任何损伤［4-6］ + 国外早在20世纪50年代就开始开发研制吸鱼泵，到现今高效吸鱼泵的发展已经极为成熟，规格各异、种类繁多;吸鱼泵在中国的使用起步较晚,急需大力发展。