数值模拟
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2023年3月19日发(作者：千字文书法)数值模拟计算的整个过程
数值模拟计算的整个过程
数值模拟计算的整个过程主要包括一下几个过程：
一.建立模型（应用软件：CAD工具如PRO/E，
Bladegen等）
几何生成时应注意的问题主要有以下几个
部分：
1.几何生成
1.1几何区域的规划几何的生成可以是一个
整体部分，但是有时为了网格划分时的方便可以
把几个分成几个部分生成，例如轴流泵几何的生
成可以分为四个部分：进水流道、叶轮、导叶和
出水流道（图1.2），离心泵几何分为三个部分：
进口端，叶轮，窝壳（图1.2）。
图1.1轴流泵几何
图2.1（b）修复后的轴流泵出水流道几何
2.2设置part
图2.2设置part
2.3.建立物质点（生成四面体网格时必须）
图2.3建立物质点
2.4.设置网格大小，生成网格
2.4.1六面体网格的生成。
分块六面体网格生成主要是分块的思想，一般
不外乎O型，C型，H型，J型。就叶轮以及导
叶，对包角较大的叶片采用J型，包角小的则采
用H型网格，往往为提高质量可以在叶片表面
附着一层O型网格；对于离心泵的窝壳采用C
型网格，其割舌部分用C型网格；对于轴流泵
进出口流道的拓朴结构可以根据具体几何形状
划分块，可参照附图（图2.4）。
叶片J网格拓扑和生成网格
导叶H型网格拓扑和生成网格
出水流道网格块结构和生成网格
图2.4网格拓扑和生成网格
2.4.2近壁网格处理
近壁面的网格需要加密，以满足y+的要求。
对于k模型，y+值一般要求在100这个量
级，Y+的具体要求如下：
对于k模型，y+值一般要求在1这个量级，
一般为4～5。
因此需要控制第一层网格的大小及近壁网
格的数量。第一层网格大小的估算公式如下
此外须在近壁区厚度的范围内添加足够的网格
数，要求如下：
其的估算公式为
设置方法以下图为参考，首先确定通过上面的估
算公式计算及
wall
y，进行对块上网格的设置，并
生成非结构网格，此时第一层网格的大小为，
然后根据公式normall
N
wall
y，计算网格增长率，根
据将此时的第一层网格切成
normall
N份即可。
图2.4.1近壁面网格切分
2.5网格检查及修复
对于六面体网格，在未生成非结构化网格之
前在blocking选项卡中进行网格质量的检查及
光顺，对于生成非结构化网格之后的网格及四面
体网格在editmesh选项卡中进行网格质量检
查。
四面体网格可以通过网格光顺工具来提高网
格质量，但不易调整。六面体网格需要通过调整
块节点的位置来提高网格质量；块节点的调整需
根据几何形状具体调整。也可以通过editmesh
中的选项卡中的工具进行网格修复。
一般而言按照quality方式进行网格质量检查
时推荐quality大于0.3。
存在的问题：1）综合网格质量quality是如何
定义的，其值大于0.3的依据尚不明确
2）网格质量判定除了quality
之外还有哪些重要的影响因素
图2.5网格质量检查及光顺
2.6.导出网格
首先要将网格转化成非结构网格（仅指六面
体），再在output选项卡中选择求解器，再输出
网格。
图2.6网格输出
二.CFX的计算
3.1建立一个simulation
打开CFX进入CFX-pre，在file菜单中建立
一个newsimulation，选择generalmodel进入
CFX-pre的界面。
3.1.1导入网格
进入mesh选项卡，选择importmesh或从file
菜单中选择importmesh，进入网格导入界面。
在网格导入界面中，选择definition选项卡，在
meshformat中的下拉菜单中选择ICEMCFD，
在file中，选取所要引入的网格，并在meshunits
中正确选择单位（见图3.1.1）。一般轴流泵分进
水流道，叶轮，导叶以及出水流道四个部分的网
格；离心泵分为叶轮，窝壳以及入口扩充断的三
个部分的网格。
图3.1.1网格导入
由于各部分网格在几何造型时，位置安排不
一定统一，以及导叶或者叶轮部分网格可通过
Turbogrid或者ICEMCFD中生成一个流道的网
格，所以网格在导入后需要调整位置，复制叶轮
网格等操作。对需要调整的部分在mesh选项卡
中用鼠标右键单击该部分网格选择Transform，
此时需要调整的网格部分变为绿色，并在窗口左
下方definition选项卡中选择Transformation的
类型，对于需要移动的部分选择translation选
项，可以通过调整移动坐标来移动该部分；对于
需要旋转的部分选择rotation选项，通过对旋转
轴及旋转角度设定可以旋转网格。对于单一流道
的叶片网格在旋转的同时需要重复拷贝该部分
网格，需选择Multiplecopy选项，拷贝n-1个，
n为叶片或者导叶的数量，并选择Glue
MatchingAssumbles，这样可以将拷贝后的各部
分网格合并为一个整体，这个必须保证相应边上
网格完全一致，否则会产生多余的面。（见图
3.1.2）
图3.1.2网格调整
3.1.2计算定义
在tool菜单中选择Turbomode进入叶轮
机计算模式，在basic设置中选择旋转轴及坐标
系。
进入componentdefinition，建立一个新的
component，在弹出的newcomponent菜单中，
根据实际情况选择是静止或旋转的类型，其中叶
轮为旋转部分，需定义转速，转速方向定义根据
右手法则，其余部分为静止部分。在mesh
volume框体中的下拉菜单里选择相应的网格部
分。如果在网格面定义时命名规范则在turbo
model中regioninformation会自动适配相应的
区域，并对该区域的边界条件进行定义。
进入physicaldefinition框体，选择计算类
型（定常、非定常，非定常需定义参数）、湍流
模式及进出口边界条件，对于非定场计算需设置
timestep及totaltime，timestep根据CFL数预
先估计。一般选择massflowinletp-staticoutlet
给定入口流量及出口静压值。
图3.1.3计算定义
进入interfacedefinition定义interface，其
中转动部分和静止部分之间的类型是frozen
rotor，静止部件之间是none。
进入boundarydefinition，定义边界条件，
一般系统会自动的根据前面的设置自动定义边
界条件，也可根据需要自行定义。
以上部分参见图3.1.3。
进入generalmode，根据需要设置迭代次数
及残差。残差推荐是1e-4。可以在Solvecontrol
中可以选择时间步（timescalcontrol和physical
timescal，其中physicaltimescal为转速分之一）。
见图3.1.4。
保存设置。
图3.1.4solvercontrol定义
3.2进入计算
在菜单栏中选择writesolverfile按钮，弹
出writesolverfile对话框，见图3.1.5，选择ok，
进入CFX-solver界面（见图3.1.6），选择start
run进入计算。
图3.1.5writesolverfile对话框
图3.1.6CFX-solver界面
CFX设置中存在问题的部分：
1）在定义interface时，对于动静之间的interface
其transformationtype有时需设置为none才可
以计算，否则会提示出错。
2）入口湍流强度该如何定义。
3）出口边界为opening和outlet对计算结果的
影响。
附件一：CFX中设置的具体操作如下：
a.创建区域
1
mod
mod
mod...
locationjs
domaintypefluiddomain
generaloptions
fluidlistwater
domain
domainmotionoptionstationary
heattrancefereloptionnone
fluidel
turbulenceeloptionk
d
creatadomain
2
()
mod
mod
mod...
locationimpeller
domaintypefluiddomain
generaloptions
fluidlistwater
omain
domainmotionoptionrotationary
heattrancefereloptionnone
fluidel
turbulenceeloptionk
注意转速方向
3
mod
mod
mod...
4
locationguide
domaintypefluiddomain
generaloptions
fluidlistwater
domain
domainmotionoptionstationary
heattrancefereloptionnone
fluidel
turbulenceeloptionk
g
domain
mod
mod
mod...
locationcs
domaintypefluiddomain
eneraloptions
fluidlistwater
domainmotionoptionstationary
heattrancefereloptionnone
fluidel
turbulenceeloptionk
b.设置边
界条件
1
det
boundarytypeinlet
basicsettings
location
nameinlet
creatboundary
domaindomain
massandmomentum
boundaryail
质量流量
速度入口
wall
1
noslip
det
boundarytype
basicsettings
location
namewall
creatboundary
domaindomain
boundaryail
smoothwall
opening
out
1
det
boundarytypeoutlet
basicsettings
location
namelet
creatboundary
domaindomain
massandmomentum
boundaryail
（）
质量流量
相对压力
C.建立交界面
interface
domaindomain1
interfaceside1
regionlistinterface11
creatinterfacenameinterface
domaindomain2
interfaceside2
regionlistinterface12
intmod
typefluidfluid
erfaceelsoptiongeneralconnecti
（1）
/
on
framechangemixingoptionfrozenrotor
interface
domaindomain2
interfaceside1
regionlistinterface21
creatinterfacenameinterface
domaindomain3
interfaceside2
regionlistinterface22
intmod
typefluidfluid
erfaceelsoptiongeneralconnecti
（2）
/
on
framechangemixingoptionfrozenrotor
interface
domaindomain3
interfaceside1
regionlistinterface31
creatinterfacenameinterface
domaindomain4
interfaceside2
regionlistinterface32
intmod
typefluidfluid
erfaceelsoptiongeneralconnecti
（3）
/none
on
framechangemixingoption
d.设置时间步、收敛精度及迭代次数
(,..)
maxint
solve
ax
convegencecriteria
arg()
advectionschemeoptionhighresolutionupwind
erations
timescalecontrol
fluidtimescalecontrol
control
physicaltimescale
residualtype
residualtet
（）
转速分之一
（RMS,M）
收敛精度