离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道

针对本科毕设中所涉及到的离心泵数值分析和性能计算,将用最简单粗暴的方法,讲解如何基于CFturbo、ICEM、FLUENT来开展离心泵水力设计和性能分析的计算机辅助(CAE)实现。离心泵的水力设计由CFturbo软件实现;网格剖分由ICEM软件实现;CFD数值计算由FLUENT软件实现;并验证设计值是否达到。

这里是第二部分,ICEM软件实现离心泵过流通道的网格剖分,含叶轮流道、进口延伸段、蜗壳流道的网格剖分。

由于三个流道分开来划分网格,所以分三部分来分别讲解,这里是第3篇,蜗壳流道的网格剖分,有了前两篇的基础,这里就没必要讲得那么详细了。

3 蜗壳流道网格剖分

3.1 更改工作目录和导入几何体

新打开一个ICEM软件。

File->Change Working Dir…,更改工作目录,把工作目录更改为蜗壳流道几何体所在目录,确定。

File->Import Geometry->Legacy->STEP/IGES,选择蜗壳流道三维几何体Volute_1.stp,打开。

单击左下角OK,导入几何体。

离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第1张图片

3.2 定义边界面

蜗壳是整个实体,不需要再折腾周期复制什么的了,直接定义边界面。

在模型树的Parts上右键Create Part来创建Part。

离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第2张图片

左下方Create Part创建部件中,Part中输入名字“vol_inlet”表示蜗壳进口面,然后在Create Part by Section的Entities中点右侧箭头,接下来选中图形中的进口环面(两个半圆环面),Apply。它将和叶轮的出口面,作为动静交界面,在FLUENT中做界面匹配操作。

同样方法定义蜗壳延长段的出口圆面为VOL_OUTLET出口面。

注意,在蜗壳扩散段出口和延长段入口处有两个重合的面,需要把它们都给删掉(从出口看进去会发现那里横亘着两个面),不然的话创建体的时候要创建两个体了。即,下图粉色的面实际上有两个重合面,删面两次把它们都删掉,这样蜗壳流道就畅通无阻了。

离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第3张图片

在蜗壳进口环面的两侧有两个周向环面,这两个环面往上又有两个径向的环面,一方面是因为蜗壳的进口宽度是比叶轮出口宽度要宽的,所以出现了两个周向的环面,另一方面是因为蜗壳和叶轮出口是有间隙的,这个间隙还蛮大的,所以有了径向的环面。这四个环面在实际的泵中是和机匣还有一定的间隙的,即流体可以自由穿过它们,要么从蜗壳流出去,要么再返回到叶轮进口。但是数值计算的时候就不需要这么复杂了,先把前两个面命名成VOL_SIDE,后两个面命名成VOL_EXT,回头在FLUENT里面再处理它们。

剩余的面,毋庸置疑,全部是静止的壁面,它们就是真实蜗壳和延伸管道的内壁面,所以把它们全部选中命名成VOL_WALL就好了。

这些边界面分别展示如下。
VOL_INLET
离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第4张图片

VOL_OUTLET
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VOL_SIDE
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VOL_EXT
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VOL_WALL
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3.3 创建体并修复几何拓扑

至此,只有面,并没有体,所以接下来创建体,Geometry->Create Body,创建体。
在这里插入图片描述

模型树中Model->Geometry->Points勾选,让它显示点;

在左下方的Create Body创建体设置框中,输入Part的名字为“body_vol”,表示蜗壳流道。用Material Point物质点的方式来创建体,Matreial Point选项中Location位置用默认的Centroid of 2 points两点中心,然后在2 screen locations中点右侧箭头,在图形窗中选择任意两个点,但是要保证这俩点的中点刚好位于几何体内,OK即可创建一个名为body_vol的三维实体。

创建好之后,图形中显示了BODY_VOL,在模型树的Parts也有了BODY_VOL,在模型树的Geometry中也有了Bodies,表明创建成功了。

离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第9张图片

接下来修复几何拓扑结构,因为建模的时候留下来了一堆乱七八糟的点和线,这些是没有用的,如果留着的话,后面画好网格后导出到FLUENT里会出现一些乱七八糟的名字和点线,有碍观瞻,所以把它们都给删掉,然后再根据已有的面和体修复这些点和线就好了。具体做法是这样子的。

把模型树中的Model->Parts,保留之前创建的几个面和一个体,把其余的PART_1到PART_18全部选中,右键,Delete删除掉,还蹦出来个窗口问你要不要确认删除,当然确认Delete了!

防止没删除干净,Geometry->Delete Curve删除曲线,Select Geometry中选择四个箭头的那个“选中所有的东东”,把所有曲线全干掉。

Geometry->Delete Point删除点,Select Geometry中选择四个箭头的那个“选中所有的东东”,把所有点全干掉。

这时候,仅剩前面定义的五个面和一个体,我们用它们来恢复曲线和点,Geometry->Repair Geometry修复体。

在这里插入图片描述

左下方的选项里基本上什么也不用动,只要注意Tolerance容差,如果修复不成功的话,是需要把这个值调小或者调大,直到修复成功为止。咱们这里几何体比较简单,直接点OK。

模型树中查看曲线curves,非常幸运,都是红色的线,修复成功了。

离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第10张图片

3.4 划分网格

还是用最简单粗暴的均匀非结构网格粗略来划分。

先设置整体网格大小,上方Mesh->Global Mesh Setup整体网格设置,在左下方的设置中,将Global Element Seed Sizes整体网格尺度中的Max element最大单元设为4,即让整体网格尺度为4mm,OK确认。

再来生成网格,上方Mesh->Compute Mesh计算网格,划分非结构网格。左下方的设置栏中,保持原设置,即Mesh Type选择Tetra/Mixed四面体单元。Mesh Method网格划分方法选择Robust(Octree)。单击Compute或者OK都行的,让它来划分网格吧。

右下方会有信息冒出来,还有个进度条在走,稍候片刻,网格画好。

用Solid+Wire实体线框显示Shell壳网格(边界面上网格)的样子
离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第11张图片

切片展示体网格的样子
离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第12张图片

网格确实比较粗糙,既没有边界层网格,又在蜗舌处很是稀疏,所以,也就大概算算好了。

最上方Info->Mesh Info,查看网格信息。

--- Mesh Info ---
Element types :
        NODE : 26
        LINE_2 : 2332
        TETRA_4 : 1584493
        TRI_3 : 70514
Element parts :
        BODY_VOL : 1584493
        VOL_EXT : 3493
        VOL_INLET : 3214
        VOL_OUTLET : 1120
        VOL_SIDE : 2806
        VOL_WALL : 62239
Total elements : 1657365
Total nodes : 282167
Min : -190.008 -177.369 2.6046
Max : 731.304 225.062 105.162

2.6 输出网格

先Save一下Project,然后来输出网格。

右上方Output Mesh->Write input,输出网格。
在这里插入图片描述

再提醒你保存工程,那就Yes再保存下。

然后在跳出来的目录中打开。

在Ansys Fluent设置窗口中保持Grid dimension网格维数为3D三维(咱们这是三维问题);Scaling缩放为No不缩放;Output file中把名字改成“fluent_vol”表示为蜗壳流道网格。

设置好后,单击Done,即可完成输出。

当右下方信息栏中出现“Done with translation.”就表示网格输出结束了。可以在文件夹下找到FLUENT的网格文件“fluent_vol.msh”。

离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_3_蜗壳流道_第13张图片

至此,蜗壳流道的网格划分完毕,保存工程,关闭ICEM。

三部分的网格都划分好了,咱们有了三个网格文件fluent_in.msh、fluent_imp.msh、fluent_vol.msh,接下来用FLUENT来整数值模拟。

见下篇。

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