CFX的流场精确数值模拟教程.pdf
基于CFX的涡轮叶片流场及温度场的数值模拟
ｔ ｕｒ ｂｉ ｎｅ ｂｌ ａ ｄｅ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＦＸ Ｃ Ａ ０ Ｈｕ ｉ － ｌ ｉ ｎ ｇ，ＯＵ ｉｎ ｆ － ｐｉ ｎ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆａ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｗ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ Ａ Ｕ Ｃ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ３ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ｉ ｓ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｉ ｔ ｉ ｓ ｖ ｅ ｒ ｙ ｕ ｓ ｅ ｆ ｕ ｌ ｔ ｏ ｕ ｓ ｅ ｍｕ ｈ ｉ － ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ
计算 机软件进行数值模 拟成为进行科学研究 的重要
手段 之 一 。
发 的第一个 通 过 Ｉ Ｓ Ｏ ９ ０ ０ １ 质 量认 证 的商业 软件 。其前 处理 Ｉ Ｃ Ｅ Ｍ Ｃ Ｆ Ｄ模块 在 生成 网格 时 ， 可对 边界层 网格 、
剧 烈 变 化 的流 场 区域 进 行加 密 处理 ， 极 大地 提 高 了数
ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｕ ｒ ｂｉ ｎｅ ． Ｔｈｅ ｌｏ ｆ ｗ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｏ ｆ ｔ ｕ ｒ ｂｉ ｎｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄｉ ｅ ｄ ｔ ｈｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ３－Ｄ ｎ ｕｍｅ ｎｃ Ｍ ｓ ｉ －
基于CFX的地铁车头外流场数值模拟
第10卷第4期2010年12月南京工业职业技术学院学报Jour nal o fNan ji n g Institute o f I ndustry Techno logyV o.l 10,N o .4D ec .,2010收稿日期:2010 08 23作者简介:周立(1979 ),女,江苏泰兴人,南京工业职业技术学院讲师,工学硕士,研究方向:车辆工程。
基于CFX 的地铁车头外流场数值模拟周 立,张书慧(南京工业职业技术学院 机械工程学院,江苏 南京 210046)摘 要:提出了地铁列车车头外流场的计算模型,并运用列车空气动力学原理借助流体分析软件CFX 对计算模型进行了仿真计算,根据计算结果分析比较了各模型的外流场、压力场的分布,得出了具有良好气动性能的车头外形设计参数,为地铁列车外形设计提供了理论基础。
关键词:地铁列车;外流场;数值仿真;气动性能中图分类号:U 260.11+6 文献标识码:A 文章编号:1671 4644(2010)04 0024 04 一直以来,地铁车头的造型多采用造型简单的 四方 钝头型设计[1 2]。
但是,地铁作为在城市中运行的交通工具,及空气阻力对地铁运行速度的影响都与地铁车头的流线型程度有关,因此,有必要对地铁车体进行气动性能分析以优化其车体外形,减少空气阻力、气动噪声等对地铁及城市环境的影响。
数值模拟是目前研究列车气动性能的一种重要手段,国外在这方面已发展较为成熟,开发出了多种商用流体力学计算软件,我国在这一方面才刚刚起步[3 5]。
本文根据列车车辆气动设计指标及我国地铁B 型车车辆限界标准[6],结合地铁列车的运行特点,提出四种地铁列车模型,运用流体力学数值计算软件CFX 对这四个模型进行仿真计算,考察各车头外形轮廓参数对地铁列车气动性能的影响,以确定最佳外形轮廓参数。
1 计算模型1.1 车头模型本文考察的是列车车头的气动性能,因此省去带受电弓的动车采用两拖车直接连挂的简化方式,同时忽略车底转向架、车头灯、门把手、窗户等外部设备及细部特征。
cfx数值模拟教程kobesu
基于CFX的离心泵内部流场数值模拟基于CFX的离心泵内部流场数值模拟随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。
如有不对之处敬请指教。
一、CFX数值计算的完整流程二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分导入几何模型修整模型创建实体创建PRAT设置全局参数划分网格检查网格质量并光顺网格导出网格－选择求解器导出网格三、CFX-Pre 设置过程基本步骤新建文件导入网格定义模拟类型创建计算域指定边界条件建立交界面定义求解控制定义输出控制写求解器输入文件定义运行计算过程四、CFX-Post后处理计算泵的扬程和效率云图矢量图流线图导入几何模型在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。
图3 导入几何模型界面修整模型单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。
拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边，yellow = 单边，red = 双边，blue =多边，线条颜色显示的开/关Model tree →Geometry → Curves → Color by count，Red curves 表示面之间的间隙在容差之内, 这是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。
图4 修整模型界面2-3 创建实体单击Geometry→Creade Body，详细过程如图5所示。
图5 创建实体界面创建PRAT创建PART，是为了设置边界时使用，在模型树中，右键点击Part，在出现菜单中选择Create Part。
以此创建各个部件的part，如图6所示。
离心泵CF流场分析教程
Modifying the material properties:
1. Expand Materials in the Outline tree 2. Double-click Water 3. On the Material Properties tab
Workshop Supplement
1. Inset a boundary condition named Outlet
2. On the Basic Settings tab, set Boundary Type to Opening
3. Set Location to OUT
4. Set Frame Type to Stationary
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WS5-9
Workshop Supplement
April 28, 2009 Inventory #002599
WS5: Cavitating Centrifugal Pump
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
WS5-2
Workshop Supplement
April 28, 2009 Inventory #002599
WS5: Cavitating Centrifugal Pump
change Density to 1000 [kg/m3] 4. Change Dynamic Viscosity to 0.001
[kg m^-1 s^-1] under Transport Properties 5. Click OK
cfx 多相流
Slide serial no 18
© 2004ANSYS CFX
IPMT: Cavitation(Propeller) CFX
CFX-5.7Training, 2004 PDF created with pdfFactory trial version
Slide serial no 19
CFX-5.7Training, 2004 PDF created with pdfFactory trial version
Slide serial no 9
© 2004ANSYS CFX
动量传输：连续－离散相：力
CFX
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作用在固体颗粒的阻力（稀相） stokes law :低雷诺数时（小于1时），粘性区 newton’sregime: 高雷诺数时（1000<Re<<2e5)，惯性区 schiller-naumann: 同时适用于粘性和惯性区，在稀相时。 wen-yu:上式的修正 gidaspow:对密相区，如流化床适用 颗粒间的相互作用 固体压力模型 液滴和气泡的阻力 schiller-naumann:在粘性区，可以看作刚性（不变形) 在高雷诺数下，阻力系数和雷诺数无关。 在低雷诺数下，阻力系数和雷诺数关系不大，和颗粒形状关系大，颗粒形状 和表面张力有关。对液滴和气泡流，Ishii-zuber关系式较常用。 对水－空气系统，grace模型更合适。
© 2004ANSYS CFX
IPMT: Boiling in a Heated Vertical Pipe
CFX
CFX-5.7Training, 2004 PDF created with pdfFactory trial version
基于 CFX 的典型差压式流量计流场数值模拟研究
［ １ ］ Ｇ Ｂ 厂 ｒ ２ ６ ２ ４ ． １ — ２ ０ ０ ６用 安 装 在 圆 形 截 面 管 道 中 的差 装 置
趔
测量满管流体流量， 第 １ 部分： 一 般 原 理 和要 求 ｆ Ｓ １ ． ［ ２ ］ 孙淮 清， 王 建 中． 流 量 测 量 节 流 装 置 设 计 手册 ｌ Ｍ１ ． 北京 ： 化
学工业出版社， ２ ０ ０ ５ ． ［ ３ ］ 程耕， 程平， 李受人． 节 流 管 孔 流 动 参 数 与 雷诺 数 关 系 的 数
值研究【 Ｊ １ ． 计算机工程与设计， ２ ０ ０ ５ ， ２ ６ （ ３ ） ： ５ ７ ５ — ５ ７ ６ ， ６ ０ ７ ．
１ ０ Ｉ ． ２ ． ０ ２ ． ， ｊ． Ｕ ３ ４． ０ ４ ． ０
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着雷诺 数 的增 大逐 渐增 大并 趋近 于某一 定值 ：流 出
系数 的增 大 ， 会 使得 锥 体前后 压差 有稍 许 的降低 。 ３ ） 通 过 数值 模 拟 的定 量 分 析 — Ｃ Ｆ Ｘ的典 型 差压 式 流量 计 数值 模拟 ， 可 清 晰直观 的得 到 内部 流场分 布 。 数值 模 拟 的 流 出系数 值 与基 于理 论公 式计 算值 吻合 度 高 。说 明 基于 Ｃ Ｆ Ｘ的数 值模 拟可 信度 较高 。
计算 精度 ；在气 固两 相流 的缩 径管段 冲蚀 模拟 中可
以发现 管 段 的最 大 冲蚀 区域 不是 在 缩 径孑 Ｌ 板上 ． 而
是在 其下 游 管段 的某 一管 内壁 顶部 。
参考文献 ：
测 量 管段 流 速 ／ （ ｍ・ Ｓ １
CFX_数值模拟简介_Xili
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深刻地理解问题产生机理，指 导实验，节省所需人力、物力 和时间，并有助于整理实验结 果、总结规律。
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CFD简介 数值模拟简介 CFD软件介绍 CFX技术路线 网格技术
网格的合理设计和高质量网格生成时CFD计算的前提条件，是影响CFD计算结果的最主要 的决定性因素之一，是CFD工作中人工工作量最大的部分，也是制约CFD工作效率的 瓶颈问题之一。 网格生成要占整个CFD计算任务全部人力时间的70%～80%。 网格分为：结构化网格和非结构网格 结构网格 ：网格点之间邻接有序、规则、单元是二维的四边形，三维的六面体 优点：计算效率高、稳定性好、精度高、对计算机内存硬件资源要求低，同样的结 构比非结构网格数量少。 缺点： 网格结构性、有序性限制了对其复杂几何构型的适应能力，其网格生成较 困难，其人工的工作量比非结构网格要多。一般采用网格分区技术克服几何适应能 力差缺陷。 非结构网格：网格点之间邻接无序、不规则，单元有二维的三角形、四边形，三维 的四面体、三棱柱和金字塔等多种形状。 优点：几何适应能力强、其人工工作量少，容易控制网格的大小和节点的密度，无 需分块分区，减少了因子域间信息传递丧失精度。 缺点：单元寻址时间长、网格的数量相对较大，网格计算的工作量大，内存需求量 大，非结构网格的随机方向性不易捕捉正确的流动结构，这导致计算精度降低和稳 定性下降。 混合网格： 结合结构网格和非结构网格。 ICEM 混合网格生成。
CFX数值模拟
CFD简介
数值模拟简介
CFX软件介绍 CFX技术路线
几何造型
DesignModeler
CAD软件
网格划分
CFX-Mesh
CFX的流场精确数值模拟教程(2020年8月整理).pdf
基于CFX的离心泵内部流场数值模拟基于CFX的离心泵内部流场数值模拟随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。
如有不对之处敬请指教。
一、 CFX数值计算的完整流程二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分2.1 导入几何模型2.2 修整模型2.3 创建实体2.4 创建PRAT2.5 设置全局参数2.6 划分网格2.7 检查网格质量并光顺网格2.8 导出网格－选择求解器2.9 导出网格三、CFX-Pre 设置过程3.1 基本步骤3.2 新建文件3.3 导入网格3.4 定义模拟类型3.5 创建计算域3.6 指定边界条件3.7 建立交界面3.8 定义求解控制3.9 定义输出控制3.10 写求解器输入文件3.11 定义运行3.12 计算过程四、 CFX-Post后处理4.1 计算泵的扬程和效率4.2 云图4.3 矢量图4.4 流线图2.1 导入几何模型在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。
图3 导入几何模型界面2.2 修整模型单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。
拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边， yellow = 单边，red = 双边， blue =多边，线条颜色显示的开/关Model tree →Geometry → Curves → Color by count，Red curves 表示面之间的间隙在容差之内, 这是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。
图4 修整模型界面2-3 创建实体单击Geometry→Creade Body，详细过程如图5所示。
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基于CFX的离心泵内部流场数值模拟
基于CFX的离心泵内部流场数值模拟
随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。
如有不对之处敬请指教。
一、 CFX数值计算的完整流程
二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分
2.1 导入几何模型
2.2 修整模型
2.3 创建实体
2.4 创建PRAT
2.5 设置全局参数
2.6 划分网格
2.7 检查网格质量并光顺网格
2.8 导出网格－选择求解器
2.9 导出网格
三、CFX-Pre 设置过程
3.1 基本步骤
3.2 新建文件
3.3 导入网格
3.4 定义模拟类型
3.5 创建计算域
3.6 指定边界条件
3.7 建立交界面
3.8 定义求解控制
3.10 写求解器输入文件
3.11 定义运行
3.12 计算过程
四、 CFX-Post后处理
4.1 计算泵的扬程和效率
4.2 云图
4.3 矢量图
4.4 流线图
2.1 导入几何模型
在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。
图3 导入几何模型界面
2.2 修整模型
单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。
拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边， yellow = 单边，red = 双边， blue =多边，线条
颜色显示的开/关Model tree →Geometry → Curves → Color by count，Red curves 表示面之间的间隙在容差之内, 这是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。
图4 修整模型界面
2-3 创建实体单击Geometry→Creade Body，详细过程如图5所示。
图5 创建实体界面
2.4 创建PRAT
创建PART，是为了设置边界时使用，在模型树中，右键点击Part，在出现菜单中选择Create Part。
以此创建各个部件的part，如图6所示。
图6 创建PART界面
2.5 设置全局参数
在mesh选项卡中，单击Global Mesh Setup，并设置Max element，如图7所示。
图7 设置全局参数界面
2.6 划分网格
对各个部件进行网格划分，单击Compute Mesh图标，选择网格类型和算法，然后划分网格。
具体如图8所示。
图8 网格划分界面
2.7 检查网格质量并光顺网格
在Mesh→Edit Mesh界面中，依次单击图9所示图标，检查网格质量并光顺网格。
图9 网格质量检查和光顺
2.8 导出网格－选择求解器
网格质量达到要求后，选择Output→S olver Setup，设置如图10所示。
图10 选择求解器界面
2.9 导出网格
选择Output，将网格文件保存成.CFX5格式，详细设置如图11所示。
图11 导出网格界面
3 CFX-Pre 设置过程
3.1 基本步骤
新建文件→导入网格（Import Mesh）→ 定义模拟类型（Simulation Type）→ 创建计算域（Domain）→ 指定边界条件（Boundary Condition）→ 指定交界面（Domain Interface）→ 给出初始条件（Initial Conditions）→ 定义求解控制（Solver Control）→ 定义输出数据（Output File & Monitor Points）→ 写入定义文件（.def File）并求解。
3.2 新建文件
打开CFX-Pre界面，在工具栏中单击“新建文件”，弹出New Case 对话框，选择General，详见图12。
图12 新建文件界面
3.3导入网格
选择File→Import→mesh，弹出Import mesh 对话框，选择相应网格文件即可。
图13 导入网格界面
3.4 定义模拟类型
如图14所示，单击Analysis Type 图标，在Option中选择Steady state 或者transient。
图14 定义模拟类型界面
3.5 创建计算域
单击domain图标，在弹出的Insert Domain中输入计算域名称，离心泵计算分为4个计算区域。
在Basic Settings中选择材料，参考压力，是否转动，在Fluid Models页面中设置湍流模型和热传递，详见图15。
图15 创建计算域界面
3.6 指定边界条件
单击Boundary 图标，选择计算域，在Basic Settings中选择边界类型和位置，在Boundary Details中设置相应物理量值。
离心泵模拟中边界条件一般选择压力进口和流量出口或者流量进口压力出口。
图16 指定边界条件界面
3.7 建立交界面
单击Domain Interface图标，创建交界面，离心泵模拟中有三对交界面，进口和叶轮，叶轮和蜗壳、蜗壳和出口延长段，前两对交界面类型一般选择Frozen Rotor。
详细信息如图17所示。
图17 设置交界面
3.8 定义求解控制
单击Sovle Control，在Basic Settings中对差分格式，收敛精度等进行设置。
详见图18。
3.9 定义输出控制
单击 Output control，可以设置监控点，详见图19，离心泵一般设置进出口压力监测。
图19 输出控制界面
3.10 写求解器输入文件
单击Define run 按钮，弹出如图20所示对话框，定义文件名称，单击Save。
启动CFX-Solve。
图20 求解器输入文件界面
3.11 定义运行
在Define Run对话中，可以添加初始值文件，单击Start Run，开始计算。
图
21 定义运行界面
3.12 计算过程
图22 计算过程界面
4 CFX-Post后处理
当计算收敛后，进行后处理计算外特性和分析流动特性。
4.1 计算泵的扬程和效率
选择Calcul ate→Function calculation，计算泵的进出口全压和叶轮的扭矩，带入公示计算泵的扬程和水力效率，如图23所示。
图23 函数计算界面
4.2 云图
单击contour图标，绘制云图，在Geometry页面中设置位置和变量。
如图24所示
图24 云图界面
4.3 矢量图单击vector图标，绘制矢量图。
如图25所示。
图25 矢量图界面
4.4 流线图
单击Streamline图标，绘制流线图。
如图26所示。
图26 流线图界面。