[發(fā)明專利]一種基于CFD平臺(tái)的離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910367401.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110096812B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣敦軍;康秀峰;王福軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南凱利特泵業(yè)有限公司;中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06T17/00;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 顏昌偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于CFD平臺(tái)的離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬方法，包含以下步驟：1）對(duì)離心泵的全流道計(jì)算域進(jìn)行三維造型；2）對(duì)離心泵的全流道計(jì)算域三維模型進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分；3）將離心泵的全流道計(jì)算域的網(wǎng)格文件導(dǎo)入至CFX軟件中，設(shè)置無(wú)汽蝕模型的定義文件；4）在步驟3）的基礎(chǔ)上設(shè)置汽蝕模型定義文件；5）創(chuàng)建批量計(jì)算文件，在CFX軟件上執(zhí)行Tools/Command line/perl*回車即可實(shí)現(xiàn)離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬。本發(fā)明保證整個(gè)模擬過(guò)程無(wú)需人工介入，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動(dòng)、準(zhǔn)確地模擬離心泵汽蝕性能，有效減少模擬計(jì)算過(guò)程中因停頓而浪費(fèi)的時(shí)間，縮短研發(fā)周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水力機(jī)械汽蝕性能的模擬方法，尤其是涉及一種基于CFD平臺(tái)的離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬方法。

背景技術(shù)

離心泵是一種被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水等生產(chǎn)、生活部門(mén)的水力機(jī)械。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，離心泵的使用量也隨之劇增，然而，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行與工作環(huán)境的惡劣等原因，汽蝕現(xiàn)象已成為離心泵機(jī)組高效、穩(wěn)定運(yùn)行的主要障礙。

眾所周知，汽蝕問(wèn)題一直是離心泵設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)，也一直是國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者的研究熱點(diǎn)，目前的研究方法集中在實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)值模擬方法。近年來(lái)，隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬已發(fā)展成為離心泵汽蝕性能預(yù)測(cè)、分析的重要手段。

目前，市面上能實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬的CFD軟件多種多樣，而其中的CFX是全球第一個(gè)通過(guò)ISO9001質(zhì)量認(rèn)證的大型CFD軟件，它具有豐富的物理模型，精確、可靠的模擬精度，強(qiáng)大的并行計(jì)算能力與后處理功能，因此被廣泛應(yīng)用于水力機(jī)械、航空航天、汽車等領(lǐng)域，解決了大量的實(shí)際問(wèn)題。但是，在利用CFX進(jìn)行離心泵汽蝕性能數(shù)值模擬時(shí)，常規(guī)的模擬過(guò)程需要人工介入，采用人為逐步降低進(jìn)口總壓的方法，即設(shè)置一系列的進(jìn)口總壓值定義文件，且通過(guò)人工不斷加載初始條件來(lái)模擬離心泵汽蝕性能，直到找到揚(yáng)程下降3%時(shí)對(duì)應(yīng)的汽蝕余量。因此，傳統(tǒng)方法要求人工重復(fù)設(shè)置多個(gè)汽蝕模型文件，且時(shí)刻監(jiān)測(cè)模擬狀態(tài)，一旦前一個(gè)進(jìn)口壓力值下模擬計(jì)算收斂并停止，而研究人員不能第一時(shí)間將前一個(gè)壓力值下的計(jì)算結(jié)果作為初始條件，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)后一個(gè)進(jìn)口壓力值文件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，勢(shì)必造成不必要的時(shí)間浪費(fèi)，增加研發(fā)周期與成本。故尋求一種行之有效、快速實(shí)現(xiàn)離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬的方法，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)CFX軟件對(duì)于離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬，有效避免現(xiàn)有技術(shù)在不同進(jìn)口壓力值下重復(fù)設(shè)置汽蝕模型定義文件，導(dǎo)致文件混亂情況的發(fā)生的基于CFD平臺(tái)的離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬方法；它無(wú)需人工介入，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動(dòng)、準(zhǔn)確地模擬離心泵汽蝕性能，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于CFD平臺(tái)的離心泵汽蝕性能自動(dòng)模擬方法，包括如下步驟：

1) 對(duì)離心泵的全流道計(jì)算域進(jìn)行三維造型，并將離心泵的全流道計(jì)算域的三維模型保存為*.igs文件；

2）將步驟1）得到的離心泵的全流道計(jì)算域的三維模型導(dǎo)入ICEM軟件中進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并將離心泵的全流道計(jì)算域的網(wǎng)格文件保存為*.cfx5文件；

3）將步驟2）得到的離心泵的全流道計(jì)算域的網(wǎng)格文件導(dǎo)入CFX軟件中，選擇無(wú)汽蝕模型的定常計(jì)算模式，設(shè)定液相物性材料為Water at 25℃，出口質(zhì)量流量M*，進(jìn)口總壓P1，選取湍流計(jì)算模型標(biāo)準(zhǔn) k-ε，設(shè)置收斂條件，定義需監(jiān)測(cè)輸出的揚(yáng)程H，效率η，軸功率P的表達(dá)式，輸出無(wú)汽蝕模型的定義文件*1.def；

4）在步驟3）的基礎(chǔ)上，添加汽相物性材料Water vapor at 25℃，進(jìn)口法蘭處汽液兩相物性材料的體積分?jǐn)?shù)分別為0、1，選擇Rayleigh-Plesset汽蝕模型和標(biāo)準(zhǔn) k-ε湍流模型，設(shè)置收斂條件、最大迭代步數(shù)N*、水的飽和蒸汽壓力Pv、空泡的平均直徑及水的表面張力，定義需監(jiān)測(cè)的裝置汽蝕余量NPSHA的表達(dá)式，為進(jìn)口總壓P2編寫(xiě)控制離心泵進(jìn)口壓力變化的表達(dá)式：