离心泵CAE_2_ICEM剖分网格_2_叶轮流道[通俗易懂]

2022-09-01 15:53:19 浏览数 (2)

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

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2篇,叶轮流道的网格剖分,有了上篇进口延伸段的网格剖分的基础,这里就没必要讲得那么事无巨细了。

2 叶轮流道网格剖分

2.1 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,把工作目录更改为叶轮流道几何体所在目录,确定。

File->Import Geometry->Legacy->STEP/IGES,选择叶轮流道三维几何体Impeller_1.stp,打开。

单击左下角OK,导入几何体。

模型树中Model->Geometry->Surface,只勾选显示面,并右击Surface勾选Solid和Transparent,即显示为透明的着色面。在图形区域用鼠标左键按住,来回拖曳旋转观察几何体,大致弄明白每个面是干嘛的。

注意,这里只有1/6个整体流道,叶片在中间,两侧有两个周期面,进口是个1/6扇形面,出口是个1/6环形面,叶片还往出口方向延伸出去了一段,所以还是要把它复制为整个流道的。

2.2 将单通道旋转复制成整个通道

复制之前,观察模型不难发现,在叶片的叶顶部分,工作面和背面都延伸出去了一个小面到动静交界面上(上图中红色框框标出的部分),这主要是为了方便结构网格的剖分,咱们这里划分非结构网格反倒成了累赘了,所以要把这两个小面删掉的。

上方点开Geometry->Delete Surfaces删除面。

鼠标点选刚才说的那两个小面,OK确认删除。

注意,如果不好选中的话,可以让面显示成Wire Frame框线显示,以便选择。

上方点开Geometry->Delete Surfaces删除面,继续删除周期面

鼠标点选两侧的周期面,OK或中键确定来删除面。

注意,并不一定要一次全部选中来删除,可以一个个慢慢地逐个删除,我这个例子的每个周期面是由四个小面构成的,可以把视图转到一个比较好的角度,来方便选择和删除某个面。

再按着鼠标左键,移动鼠标旋转几何体观察下是否删除干净,是否删错,确认无误后,可进入复制单流道为整个流道的操作。

来做周期复制操作,Geometry->Transform Geometry。

点下Select后面的实体选择,然后在选择栏中点击眼睛图标把所有的面都选上作为复制的母本。

选择Translate/Rotate/Mirror/Scale方式为第2个Rotate Geometry;

在Rotate下面勾选Copy,在Number of Copies复制数目选择5个(复制5个副本出来);

在Rotation中选择Axis轴为Z轴;

Angle它贴心地设好了60度,没错;

在Center of Rotation中保持旋转中心为默认的原点,OK即可完成周期复制操作。

复制好的整个流道。注意,这会只有面Surface,并没有体Body。

2.3 定义边界面

在模型树的Parts上右键Create Part来创建Part。

左下方Create Part创建部件中,Part中输入名字“imp_inlet”表示叶轮进口面,然后在Create Part by Section的Entities中点右侧箭头,接下来选中图形中的叶轮进口面(六个扇形面),Apply。它将和进口延伸段的出口,作为动静交界面,在FLUENT中做界面匹配操作。

同样方法定义IMP_OUTLET叶轮出口面,为叶轮出口圆环,其将与蜗壳的进口圆环,在FLUENT中做动静交界面的匹配。

同样定义IMP_HUB叶轮后盖板,IMP_SHROUD叶轮前盖板,它们是旋转的壁面。

同样定义IMP_BLD_LEADING叶片前缘、IMP_BLD_PRESSURE压力面、IMP_BLD_SUCTION吸力面、IMP_BLD_TIP叶顶(叶尖)面,这些都是旋转的壁面。

还有最后两个侧向的环面,它们是叶轮向出口方向延伸后的侧向环面,在实际的泵中,这部分是敞开的,外侧还有和机匣的间隙存在,即,流体可以从这里自由地绕过前盖板和机匣的间隙流回到进口。那么计算的时候就不考虑这么多了(它们既不是静止壁面,也不是旋转壁面,蛮有意思的),咱们先把这两个侧面分别定义成IMP_EXT_HUB和IMP_EXT_SHROUD,然后在FLUENT里再讲如何处理它们吧。

为便于理解,把这几个边界面展示出来。

IMP_INLET叶轮进口

IMP_OUTLET叶轮出口

IMP_HUB叶轮后盖板(这里的尖尖是不对的,真正的叶轮是不会整成这个样子的,一是不好加工,二是真做成这样子,一下子就搞断了,所以基本上是要搞掉,做个类似螺旋桨整流罩的那种造型好一些的,为简单计,这里就懒得处理了……)

IMP_SHROUD叶轮前盖板

IMP_BLD_LEADING叶片前缘

IMP_BLD_PRESSURE叶片压力面(正面)

IMP_BLD_SUCTION叶片吸力面(背面)

IMP_BLD_TIP叶顶面(叶尖面)

IMP_EXT_HUB叶轮后盖板延伸环面

IMP_EXT_SHROUD叶轮前盖板延伸环面

2.4 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。

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_imp”,表示叶轮流道。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_inp的三维实体。

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

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,保留之前创建的十个面和一个体,把其余的PART_1到PART_20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,仅剩十个面和一个体,我们用它们来恢复曲线和点,Geometry->Repair Geometry修复体。

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。

模型树中只查看曲线curves,非常幸运,都是红色的线,修复成功了。

保存下,继续画网格咯。

2.5 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,妥了,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

切片展示体网格的样子

虽然丑了点,但是大概算算也够用了。

最上方Info->Mesh Info,查看网格信息。

代码语言:javascript复制
--- Mesh Info ---
Element types :
        NODE : 92
        LINE_2 : 3886
        TETRA_4 : 390192
        TRI_3 : 38606
Element parts :
        BODY_IMP : 390192
        IMP_BLADE_LEADING : 1405
        IMP_BLADE_PRESSURE : 6761
        IMP_BLADE_SUCTION : 6934
        IMP_BLADE_TIP : 266
        IMP_EXT_HUB : 788
        IMP_EXT_SHROUD : 1056
        IMP_HUB : 9159
        IMP_INLET : 2177
        IMP_OUTLET : 3297
        IMP_SHROUD : 10741
Total elements : 432776
Total nodes : 75076
Min : -136.315 -136.301 -6.11409
Max : 136.314 136.302 64.0922

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。

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选择刚才保存的工程名打开。

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_imp”表示为叶轮流道网格。

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_imp.msh”。

至此,叶轮流道的网格划分完毕,保存工程,关掉ICEM,咱们继续划分蜗壳流道的网格。

见下篇。

发布者:全栈程序员栈长,转载请注明出处:https://javaforall.cn/141327.html原文链接:https://javaforall.cn

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