[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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种水力机械汽蚀性能的模拟方法，尤其是涉及一种基于CFD平台的离心泵汽蚀性能自动模拟方法。

背景技术

离心泵是一种被广泛应用于农业灌溉、城市供水等生产、生活部门的水力机械。近年来，随着国内外基础建设事业的飞速发展，离心泵的使用量也随之剧增，然而，由于长时间运行与工作环境的恶劣等原因，汽蚀现象已成为离心泵机组高效、稳定运行的主要障碍。

众所周知，汽蚀问题一直是离心泵设计中的一个难点，也一直是国内外科研机构和学者的研究热点，目前的研究方法集中在实验方法与数值模拟方法。近年来，随着CFD技术的发展，数值模拟已发展成为离心泵汽蚀性能预测、分析的重要手段。

目前，市面上能实现数值模拟的CFD软件多种多样，而其中的CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型CFD软件，它具有丰富的物理模型，精确、可靠的模拟精度，强大的并行计算能力与后处理功能，因此被广泛应用于水力机械、航空航天、汽车等领域，解决了大量的实际问题。但是，在利用CFX进行离心泵汽蚀性能数值模拟时，常规的模拟过程需要人工介入，采用人为逐步降低进口总压的方法，即设置一系列的进口总压值定义文件，且通过人工不断加载初始条件来模拟离心泵汽蚀性能，直到找到扬程下降3%时对应的汽蚀余量。因此，传统方法要求人工重复设置多个汽蚀模型文件，且时刻监测模拟状态，一旦前一个进口压力值下模拟计算收敛并停止，而研究人员不能第一时间将前一个压力值下的计算结果作为初始条件，实现手动启动后一个进口压力值文件进行计算时，势必造成不必要的时间浪费，增加研发周期与成本。故寻求一种行之有效、快速实现离心泵汽蚀性能自动模拟的方法，具有重要的经济价值。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能够实现CFX软件对于离心泵汽蚀性能自动模拟，有效避免现有技术在不同进口压力值下重复设置汽蚀模型定义文件，导致文件混乱情况的发生的基于CFD平台的离心泵汽蚀性能自动模拟方法；它无需人工介入，可实现连续、自动、准确地模拟离心泵汽蚀性能，缩短研发周期，降低研发成本。

本发明采用的技术方案是：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：