[发明专利]一种基于CFD平台的离心泵汽蚀性能自动模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于CFD平台的离心泵汽蚀性能自动模拟方法，包含以下步骤：1）对离心泵的全流道计算域进行三维造型；2）对离心泵的全流道计算域三维模型进行非结构化网格划分；3）将离心泵的全流道计算域的网格文件导入至CFX软件中，设置无汽蚀模型的定义文件；4）在步骤3）的基础上设置汽蚀模型定义文件；5）创建批量计算文件，在CFX软件上执行Tools/Command line/perl*回车即可实现离心泵汽蚀性能自动模拟。本发明保证整个模拟过程无需人工介入，即可实现连续、自动、准确地模拟离心泵汽蚀性能，有效减少模拟计算过程中因停顿而浪费的时间，缩短研发周期。

主权项

1.一种基于CFD平台的离心泵汽蚀性能自动模拟方法，包括如下步骤：1) 对离心泵的全流道计算域进行三维造型，并将离心泵的全流道计算域的三维模型保存为*.igs文件；2）将步骤1）得到的离心泵的全流道计算域的三维模型导入ICEM软件中进行非结构化网格划分，并将离心泵的全流道计算域的网格文件保存为*.cfx5文件；3）将步骤2）得到的离心泵的全流道计算域的网格文件导入CFX软件中，选择无汽蚀模型的定常计算模式，设定液相物性材料为Water at 25℃，出口质量流量M*，进口总压P1，选取湍流计算模型标准 k‑ε，设置收敛条件，定义需监测输出的扬程H，效率η，轴功率P的表达式，输出无汽蚀模型的定义文件*1.def；4）在步骤3）的基础上，添加汽相物性材料Water vapor at 25℃，进口法兰处汽液两相物性材料的体积分数分别为0、1，选择Rayleigh‑Plesset汽蚀模型和标准 k‑ε湍流模型，设置收敛条件、最大迭代步数N*、水的饱和蒸汽压力Pv、空泡的平均直径及水的表面张力，定义需监测的装置汽蚀余量NPSHA的表达式，为进口总压P2编写控制离心泵进口压力变化的表达式：P2=P*1[kg m^‑1 s^‑2] ‑997*9.8*A*step((m+0.1)‑int(Accumulated Time Step/N))*int(Accumulated Time Step/ N)*1[kg m^‑1 s^‑2]‑ 997*9.8*m *step(int(Accumulated Time Step/ N)‑ (m+0.1))*1[kg m^‑1 s^‑2]‑997*9.8*B*step(int(Accumulated Time Step/ N)‑(m+0.1))*(int(Accumulated Time Step/ N)‑m)*1[kg m^‑1 s^‑2]；式中：P为初始进口总压；A为装置汽蚀余量开始时每次的变化量； m为装置汽蚀余量开始变化量的次数；B为靠近临界汽蚀余量时，装置汽蚀余量NPSHA为每次变化量；int（）为取整函数；Accumulated Time Step为计算时间步；step（）为单位阶跃函数，N为同一进口总压下迭代的步数；输出汽蚀模型的定义文件*2.def，汽蚀模型的定义文件*2.def与无汽蚀模型的定义文件*1.def保存在同一文件夹内；5）在放置汽蚀模型的定义文件*2.def和无汽蚀模型的定义文件*1.def的文件夹中创建一个批量计算文本，批量计算文本采用perl语言编写，保存批量计算文本为*.pl；6）指定CFX的工作目录为放置*.pl文本的文件夹，在CFX软件中运行Tools/Command line/perl *，实现离心泵汽蚀性能自动模拟过程，得到一系列进口压力值条件下离心泵的汽蚀性能计算结果，采用EXCEL软件绘制出汽蚀性能曲线。