在CFX12中侵入式实体实例齿轮泵模型文件Word下载.docx

在CFX12中侵入式实体实例齿轮泵模型文件Word下载.docx

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DomainInterface

FluidFluid

CFD-Post

Charts

MassFlowRate

PressureDifference

Animation

VelocityVector

Movie

2、求解问题的总体简述

在本例中，你将模拟如下图的一个齿轮泵。

利用CFX中的侵入式实体功能对于流过流体的齿轮泵进行模拟计算。

在入口处有相对总体压力10Psi，在出口处静态压力为参考压力。

在齿轮泵内部，齿轮转速7rps，齿轮泵外部转速6rps，流体所在的区域直径约7.3cm。

对于泵内部旋转的齿轮，利用侵入式实体进行模型设定，对于泵内的流体利用旋转流体域进行模型设定，而对于入口和出口的流体通道设定为静态域。

对于本齿轮泵外部的静态泵壳采用“考虑旋转”的墙体边界条件，在与入口和出口流体通道非重叠的部分，位于正Z轴方向；

对于泵外壳上的齿轮上表面，设定为旋转墙，在与入口和出口流体腔体的非重叠的部分，位于负Z轴方向。

对于周期性的旋转流体，需要满足如下条件：

（1）旋转流体域的网格需要有周期性的旋转，以至于看起来每个齿流过流体之后是一样的；

（2）侵入式实体的外部边界网格应该是周期性旋转的，以至于看起来每个内部的齿流过流体之后是一样的；

（3）一个整数倍的总体时间步长应该与单个齿流过流体的时间相对应。

3、开始之前的准备

建议您完成之前的例子学习之后再进行本例的学习，如果这个例子是您学习的第一个例子，请按顺序参考如下部分：

（1）在标准模式下设定工作目录并启动CFX。

（2）在ANSYSWorkbench中运行CFX的例子。

（3）改变显示颜色。

（4）执行一个例子任务文件。

4、启动CFX-Pre

（1）准备工作目录，并使用CFX的Example目录中的文件。

——ImmersedSolid.pre

——ImmersedSolid.gtm

（2）设定工作目录，启动CFX-Pre。

5、在CFX-Pre模块中进行问题的定义

如果您想自动定义本例子文件，请运行ImmersedSolid.Pre文件。

如果您想手动执行，请按顺序执行如下步骤：

（1）在CFX-Pre中，选择File->

NewCase；

（2）选择General并点击OK；

（3）选择File->

SaveCaseAs…；

（4）在FileName中输入ImmersedSolid.cfx；

（5）点击Save。

6、导入网格

（1）在Outline树状视图中编辑CaseOptions->

General，将AutomaticDefaultDomain关闭，在后面将已导入网格的方式手动生成3个域，并点击OK；

（2）选择File->

Import->

Mesh导入网格文件；

（3）选择网格文件类型CFXMesh（*gtm*cfx），并选择工作目录下的ImmersedSolid.gtm，并点击Open。

7、生成定义时间步长和总体计算时间的CEL表达式

接下来，您将生成一个表达式用于瞬态流体分析的时间步长设定。

对于单个齿，转过一个通道需要1/42s的时间，将该时间段分解成30个部分：

在主菜单中，选择Insert->

Expressions，FunctionsandVariables->

Expression；

（1）在InsertExpression对话框中，输入dt，并点击OK；

（2）设定Definition为（1/42）[s]/30，并点击Apply生成该表达式。

接着，您将生成一个表达式用于定义总体计算时间。

设定总体计算时间为3个齿流过流体，从而形成周期性流动的现象，具体步骤如下：

（1）生成一个名称为totaltime的表达式；

（2）设定Definition为（3/42）[s]，并点击Apply生成该表达式。

8、设定分析类型

将分析类型设定为瞬态，并使用之前定义好的CEL表达式，具体设定信息见下表：

（1）在Outline树中，编辑AnalysisType；

（2）应用下表的设定；

Tab

Setting

Value

BasicSettings

ExternalSolverCoupling>

Option

None

AnalysisType>

Option

TimeDuration>

TotalTime

TotalTime

totaltime[a]

TimeSteps>

Timesteps

Timesteps

dt

InitialTime>

AutomaticwithValue

Time

0[s]

[a]YoufirstneedtoclickEnterExpression

besidethefield.

（3）点击OK。

9、生成计算流体域

本例需要3个计算域，2个流体域以及1个侵入式实体域：

——生成一个侵入式实体域，步骤如下：

（1）在主菜单下选择Insert>

Domain，或点击Domain按钮。

（2）在InsertDomain对话框中,设定名称为ImmersedSolid并点击OK.

（3）应用如下的设定：

BasicSettings

LocationandType>

Location

InnerRotor

DomainType

CoordinateFrame

Coord0

DomainModels>

DomainMotion>

Rotating

AngularVelocity

7[revs^-1]

AxisDefinition>

TwoPoints

RotationAxisFrom

0.00383,0,0

RotationAxisTo

0.00383,0,1

（4）点击OK.

——生成一个静态流体域，步骤如下：

（1）生成一个域，名称为StationaryFluid。

（2）应用如下的设定：

Channels

DomainType

CoordinateFrame

FluidandParticleDefinitions

Fluid1

FluidandParticleDefinitions>

Fluid1>

MaterialLibrary

Material

Water

Morphology>

Pressure>

ReferencePressure

1[atm]

Buoyancy>

NonBuoyant

Stationary

MeshDeformation>

FluidModels

HeatTransfer>

Turbulence>

k-Epsilon

WallFunction

Scalable

Combustion>

ThermalRadiation>

Initialization

DomainInitialization

（Selected）

DomainInitialization>

InitialConditions>

VelocityType

Cartesian

CartesianVelocityComponents>

AutomaticwithValue

U

0[ms^-1]

V

W

0[ms^-1]

StaticPressure>

RelativePressure

0[Pa]

Turbulence>

MediumIntensityandEddyViscosityRatio

——生成一个旋转流体域，步骤如下：

（1）在Outline树状视图中，右击Simulation->

FlowAnalysis1->

StationaryFluid并选择Duplicate。

（2）右击Simulation->

CopyofStationaryFluid并选择Rename。

（3）将该域改名为RotatingFluid。

（4）编辑RotatingFluid。

（5）应用如下的设定:

GearChamber

AngularVelocity

6[revs^-1]

CoordinateAxis

RotationAxis

GlobalZ

（6）点击OK。

10、生成流体域界面

增加一个域界面用于连接StationaryFluid和RotatingFluid域，步骤如下:

（1）在主菜单中点击Insert->

DomainInterface或者点击DomainInterface按钮。

（2）接受缺省的域界面名称并点击OK。

（3）应用如下表格中的设置:

InterfaceType

InterfaceSide1>

Domain（Filter）

StationaryFluid

RegionList

ChannelSide

InterfaceSide2>

RotatingFluid

ChamberSide

InterfaceModels>

GeneralConnection

FrameChange/MixingModel>

TransientRotorStator

PitchChange>

MeshConnectionMethod>

MeshConnection>

GGI

AdditionalInterfaceModels

MassandMomentum>

ConservativeInterfaceFlux

InterfaceModel>

（4）点击OK。

应用一个考虑旋转的非滑移的墙体条件到非重叠的旋转域的侧面上，因为该表面代表了泵的静态外壳。

（1）编辑RotatingFluid->

DomainInterface1Side2。

若该对象未出现在树状视图中，则在CaseOptions->

General中选择“ShowInterfaceBoundariesinOutlineTree”并点击OK。

（2）应用如下表格中的设定：

BoundaryDetails

NonoverlapConditions

NonoverlapConditions>

MassandMomentum>

NoSlipWall

WallVelocity

WallVelocity>

CounterRotatingWall

应用旋转的非滑移墙体条件到静态域侧面的非重叠部分，因为该部分代表了泵的外齿，并且关于Z轴转速6rps。

（1）编辑StationaryFluid->

DomainInterface1Side1。

RotatingWall

6[revs^-1]

CoordinateAxis

11、生成边界条件

生成入口的总体压力10psi边界条件：

（1）在Outline树状视图中，右击StationaryFluid并选择Insert->

Boundary。

（2）将Name设定为in并点击OK。

（3）应用如下表格中的设定:

BoundaryType

Inlet

Location

BoundaryDetails

MassAndMomentum>

TotalPressure（stable）

RelativePressure

10[psi]

FlowDirection>

NormaltoBoundaryCondition

Medium（Intensity=5%）

生成出口静态压力位参考压力的出口边界条件：

（1）生成一个名称为out的边界条件在StationaryFluid域之中。

（2）应用如下表格中的设定:

Outlet

AverageStaticPressure

Pres.ProfileBlend

0.05

PressureAveraging>

AverageOverWholeOutlet

12、设定求解控制

（1）点击SolverControl按钮。

AdvectionScheme>

HighResolution

TransientScheme>

SecondOrderBackwardEuler

TimestepInitialization>

Automatic

TurbulenceNumerics>

FirstOrder

ConvergenceControl>

Min.Coeff.Loops

1

Max.Coeff.Loops

10

FluidTimescaleControl>

TimescaleControl

CoefficientLoops

ConvergenceCriteria>

ResidualType

RMS

ResidualTarget

1.0E−4

13、设定输出控制

对于瞬态结果文件进行求解输出控制，用于记录每个时间步长的压力、速度等信息：

（1）点击OutputControl。

（2）点击TrnResults标签项。

（3）在TransientResults列表项中，点击Addnewitem按钮,设定Name为TransientResults1，再点击OK。

（4）对于TransientResults1应用如下的设定：

Option

SelectedVariables

FileCompression

Default

OutputVariablesList

Pressure,Velocity,VelocityinStnFrame

OutputBoundaryFlows

OutputBoundaryFlows>

BoundaryFlows

All

OutputFrequency>

EveryTimestep

（5）点击Monitor标签项。

（6）选择MonitorOptions。

（7）在MonitorPointsandExpressions中：

——点击Addnewitem。

——接受缺省的名称并点击OK。

——设定Option表达式。

——设置ExpressionValue=massFlow（）@in。

（8）点击OK。

14、写出CFX求解的*.def定义文件

（1）点击DefineRun按钮。

（