案例3 - ercoftac泵流场分析

1.案例介绍

ERCOFTAC 离心泵算例来源于叶轮机械流体预测研究中心，由于实验数据比较全面，经常被用于研究湍流模型以及相关的算法验证。本案例将演示如何使用 格物CAE 的 涡轮机械流体仿真模块 实现ercoftac泵内流场的可视化。

本案例的泵模型为一个二维模型，如下图所示，其包含一个旋转区域(转子)和一个静止区域(静子)，转子内有7个叶片，静子内有12个叶片。转子内侧为速度入口，静子外侧为出口，旋转区域的转速约为33.33 rad/s.

2.网格文件

网格文件：ercoftac.med

3.操作说明

本案例在格物CAE->涡轮机械流体仿真模块模块中完成。

3.1 计算设置

在 涡轮机械流体仿真处，选择湍流模型为 k-epsilon 模型，时变特性为 瞬态，转/静态交界面方法默认选择 冻结转子法，关闭 温度计算。如图所示：

3.2 网格导入

在 涡轮机械流体仿真 > 网格 中，类型选择 上传网格，依照指示，将 ercoftac.med 以拖曳或以选择文件的方式导入网格。

导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。

3.3 定义转子

在 涡轮机械流体仿真 > 涡轮机械模型 ，点击左侧的 [+] ，展开后，点击转子定义右侧的 [+] ，定义转子。

点击施加位置右侧的 [+] ，添加旋转体 rotor，定义内部旋转体，输入旋转速度为 33.33 rad/s，输入旋转轴为 dx = 0, dy =0, dz = 1，旋转基点保持不变，如图所示：

3.4 定义交界面

在展开后的 涡轮机械流体仿真 > 涡轮机械模型 中，点击交界面设置左侧的 [+] ，在施加位置处旋转 ami_ext 和 ami_int 定义交界面，如图所示：

3.5 全局模型

在 涡轮机械流体仿真 > 全局模型 中，输入 z 方向的重力加速度为 -9.81 m/s²，如图所示：

3.6 材料选择

在 涡轮机械流体仿真 > 材料 处点击右侧的 [+] 添加流体，选择 水。

水的动力粘度为 9.31e-4 Pa·s，密度为 997.3 kg/m³。如图所示：

3.7 初始条件

点击 涡轮机械流体仿真 > 初始条件，将湍流初值改为 默认，如图所示：

3.8 边界条件

点击 涡轮机械流体仿真 > 边界条件 右侧的 [+]，即可选择预定义的边界条件，依次进行如下边界条件的定义：

• 速度入口

点击选择速度入口，点击施加位置右侧的 [+]，勾选 inlet，速度设置为 11.4 m/s ，设置完成情况如图所示：

• 出口

点击选择压力出口，点击施加位置右侧的 [+]，保持出口压强为 0 bar, 勾选 outlet，设置完成情况如图所示：

• 旋转壁面

选择壁面，点击施加位置右侧的 [+]，勾选 blade_rot 和 blade_stat，设置完成情况如图所示：

• 静止壁面

选择壁面，点击施加位置右侧的 [+]，勾选 hub_shroud ，点击开启滑移壁面，设置完成情况如图所示：

3.9 时间步长设置

点击 涡轮机械流体仿真 > 时间步&资源，保持定时间步长计算，选择时间步数为10000，时间步长为 1e-05s (0.01ms)，计算核数为16，选择输出频率为1000，即每计算0.01s输出一帧后处理结果，如图所示：

可在计算核数栏选择填入需要使用的计算核数。

4. 计算和仿真结果

设置完成后，点击 仿真结果，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在涡轮机械流体仿真处会显示绿色图标，此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真结果->结果云图，选择物理场为 Velocity/Magnitude，点击播放键可观看高温流体随着旋转釜旋转而扩散的过程。