【正文】 ... （ a） 在 Options 菜單中選擇 Plot。 （ d） 設(shè)置 Refine Threshold 為 。 2. 設(shè)置求解器參數(shù)如圖 43 Solve→ Controls→ Solution... 如圖 43求解器參數(shù) 在 Discretization 欄中， Modified Turbulent Viscosity 選擇 Second Order Upwind。 2. 設(shè)置葉輪出口邊界條件： （ a）設(shè)置 Gauge Pressure（表壓） 為 。 Define→ Boundary→ Conditions... 1. 設(shè)置 葉輪 入口邊界條件 ： （ a） 將 Gauge Total Pressure（總壓）設(shè)置為 。 1. 選擇耦合、隱式求解器 在可壓縮的亞音速流動(dòng)是一般選擇耦合、隱式求解器 Define→ Models→ Solver... . 2. 選擇湍流模型為 SpalartAllmaras turbulence model Define→ Models→ Viscous... SpalartAllmaras 模型是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的一方程模型，它可以解決動(dòng)力渦粘性的傳遞方程。 c) 點(diǎn)擊按鈕 Change Length Units，設(shè)定 inches(英寸 )為此 次計(jì)算采用的長(zhǎng)度單位。 b) 點(diǎn)擊 Close 關(guān)閉對(duì)話框。 Grid→ Check 3．平滑（或者交換）網(wǎng)格。實(shí)際上瞬時(shí)控制方程可能在時(shí)間上、空間上是均勻的，或者可以人為的改變尺度，這樣修改后的方程耗費(fèi)較少的計(jì)算機(jī)。 GAMBIT與 CAD軟件之間的直接接口和強(qiáng)大的布爾運(yùn)算能力為建立復(fù)雜的幾何模型提供了極大的方便。 (附面層是流動(dòng)變化最為劇烈的區(qū)域，因而附面層網(wǎng)格對(duì)計(jì)算的精度有很大影響 )。尤其對(duì)于有波系干擾、分離等復(fù)雜物理現(xiàn)象的流動(dòng)問題，采用自適應(yīng)技術(shù) 能夠有效地捕捉到流場(chǎng)中的細(xì)微的物理現(xiàn)象，大大提高計(jì)算精度。 A、 完全非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格能力 GAMBIT之所以被認(rèn)為是商用 CFD軟件最優(yōu)秀的前景處理器完全得益于其突出的非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格生成能力。這些技術(shù)的發(fā)展極大地增強(qiáng)了測(cè)試能力 .但這些測(cè)試仍較困難，需要大量的人力物力和熟練的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。一般來說，離心泵葉輪內(nèi)的流動(dòng)是三維的湍流流動(dòng)。 Wedge Primitive 在一個(gè)楔形的尖端劃分三角形網(wǎng)格，沿著楔形向外輻射，劃分四邊形網(wǎng)格。 Gambit 對(duì)于二維面的網(wǎng)格的劃分提供了三種網(wǎng)格類型：四邊形、三角形和四邊形 /三角形混合，同時(shí)還提供了五種網(wǎng)格劃分的方法。 在 CAD中畫出葉輪如圖 34，并在 CAD中生成面域，生成 sat格式，然后導(dǎo)入到 Gambit軟件中，對(duì)其進(jìn)行劃分網(wǎng)格。 Gambit軟件劃分網(wǎng)格 Gambit 只適用于創(chuàng)建簡(jiǎn)單的三維幾何體，對(duì)于復(fù)雜形體而言，其繪圖功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這時(shí) Gambit 允許我們引入一些其他軟件創(chuàng)建的文件，常用的有Autocad 創(chuàng)建的 ASCI形式的文 件 .sat。該功能大大領(lǐng)先于其它 CAE 軟件的前處理器； 可對(duì)自動(dòng)生成的 Journal 文件進(jìn)行編輯，以自動(dòng)控制修改或生成新幾何與網(wǎng)格； 可以導(dǎo)入 PRO/E、 UG、 CATIA、 SOLIDWORKS、 ANSYS、 PATRAN 等大多數(shù) CAD/CAE 軟件所建立的幾何和網(wǎng)格。 GAMBIT GUI 簡(jiǎn)單而又直接的做出建立模型、網(wǎng)格化模型、指定模型區(qū)域大小等基本步驟，然而這對(duì)很多的模型應(yīng)用已是足夠了。 即 專用的 CFD前置處理器， Fluent系列產(chǎn)品皆采用 Fluent公司自行研發(fā)的 Gambit前處理軟件來建立幾何形狀及生成網(wǎng)格，是一具有超強(qiáng)組合建構(gòu)模型能力之前處理器，然后由 Fluent進(jìn)行求解。 三維實(shí)體模型能進(jìn)行裝配，檢查其干涉情況，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 、 有限元分析以及流場(chǎng)流動(dòng)的校核，并預(yù)測(cè)其產(chǎn)品性能等 。 5． 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 (任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方 變動(dòng) )。這種獨(dú)特的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。 3． 單一數(shù)據(jù)庫(kù)（全相關(guān)） Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一 基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。 PRO/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 PRO/E第一個(gè)提出了 參 數(shù)化設(shè)計(jì) 的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來解決特征的相關(guān)性問題。本文選用 PRO/E進(jìn)行三維建模，再應(yīng)用 GAMBIT軟件對(duì)二維葉輪進(jìn)行網(wǎng)格劃分。建立了一個(gè)葉輪軸面投影圖，為葉輪的繪型做準(zhǔn)備。在前面已經(jīng)把軸面投影圖畫出來了，并且在上面分好流線，下面就可以直接進(jìn)行葉輪葉片的繪型，即是把葉輪內(nèi)葉片的形狀設(shè)計(jì)出來。根據(jù)有勢(shì)流動(dòng)的假設(shè)，沿著葉片軸面截線的速度矩為常數(shù)，在其他流線上找到與第一條流線各計(jì)算點(diǎn)具有相同速度矩的計(jì)算點(diǎn)，連接各流線的同名點(diǎn)即繪制出葉片的軸面截線。 柱形葉片繪形法 這種方法主要適用于比轉(zhuǎn)速比較低，葉片扭曲程度很小的離心泵葉片。 扭曲三角形法 在葉輪中，作一系列軸面以及垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)軸線的平面，這兩組平面與空間流面的交線形成了正交網(wǎng)格。 保角變換法 保角變換法的實(shí)質(zhì)是將流面通過保角變換方法展開成圓柱面，在圓柱展開平面上憑借經(jīng)驗(yàn)繪制流線，再將平面流線轉(zhuǎn)換成流面上的空間流線。 圖 21 葉輪軸面投影圖 圖 22 在軸面液流過流斷面上分流線 葉片的繪型 在軸面流動(dòng)計(jì)算中，已經(jīng)確定了葉輪的軸面投影圖。許用切應(yīng)力 ? 因?yàn)橹豢紤]扭矩，而其他應(yīng)力均被忽略，故要降低使用，對(duì) 45 號(hào)剛 ? 可 5000~4900 N/cm2。泵的計(jì)算功率 Pd等于： Pd=K1K2P= ?? =? ?KW 式中 K1為特性曲線偏差系數(shù)， K1= ~ ，工廠工藝水平高者取小值，低者取大值。 用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速系列代入，如 2950r/min、 1450 r/min、 970 r/min 等代入，挑選合適的汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，同時(shí)就決定了轉(zhuǎn) 速 n。 四、計(jì)算葉輪出口寬度 b2 葉輪出口寬度 b2應(yīng)等于： b2=Cb 3 2ngH ns =43 H Qn =4310 ? = Cb= 23100?????? sn= 23 ??????= b2= 32800 ???=。在水泵中壓出室中流速極高，故在壓出室中的壓力損失很大。 葉輪頸部處得絕對(duì)速度 Vn，如果進(jìn)口處速度環(huán)量 1? =0，則有 Vn= ? ?224 hn dDQ??? 而葉輪葉片進(jìn)口邊的前得絕對(duì)速度 V0則為： V0= K2 Vn 式中 K2是修正系數(shù)，修正葉片進(jìn)口邊前過流斷面面積與頸部過流斷面面積不相等及過流斷面上流速分布不均勻的系數(shù)，因此， K2 與葉輪形狀有關(guān)，因而 K2也是與比轉(zhuǎn)數(shù) ns 有關(guān)，的系數(shù)。 二、 求頸部當(dāng)量直徑 D0 葉輪的輪轂直徑 dh 是根據(jù)軸的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的，如求得頸部當(dāng)量直徑 D0，則 有了 dh，就可求出頸部直徑 Dn： Dn= 220 hdD ? (23) 關(guān)于葉輪頸部當(dāng)量直徑與汽蝕性能的關(guān)系，對(duì)于汽蝕性能的第一臨界值來講，系數(shù) K0=~ 最好，對(duì)于汽蝕性能的第二臨界值來講，系數(shù) K0=~最好，現(xiàn)在從水力損失最小來求 K。 泵的單位流量公式為 ： Q1=3DnQ 單位流量對(duì)于相似水泵工況相似時(shí)（這里可以取設(shè)計(jì)工況為相似工況）是一常數(shù)，而對(duì)于另外一組相似 水泵則是另外一個(gè)常數(shù)，故我們知道實(shí)際上單位流量Q1是水泵比轉(zhuǎn)數(shù) ns 的函數(shù)： Q1=f（ ns） 從單位流量的公式我們可以求出泵的任意部分線性尺寸 D 的公式 ： D=3 1Q1 3nQ 如令3 1Q1 =K，則上式有： D=K3nQ （ 21） 從上面推導(dǎo)可知， K與比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，另外，對(duì)于線性尺寸， K當(dāng)然也不同，于是求葉輪頸部當(dāng)量直徑 D0時(shí)，就有 D0=K03nQ。計(jì)算這些尺寸最好有統(tǒng)一的公式，所以下面我將列出求葉輪線性尺寸的公式。 (CFD)商用軟件一 CFX，在設(shè)計(jì)工況下對(duì)原型離心泵葉輪內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分 析。 近年來隨著計(jì)算流體力學(xué) (CFD)技術(shù)的發(fā)展，離心泵葉輪內(nèi)紊流計(jì)算也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，而且隨著大型商業(yè)軟件的出現(xiàn)，我國(guó)在葉輪內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬方面也正在一步步接近世界水平，這也為設(shè)計(jì)研究人員研發(fā)新的葉輪、修改舊的葉輪提供了強(qiáng)有力的支持，對(duì)提高泵的各項(xiàng)性能給予理論支持。與實(shí)驗(yàn)研究不同，數(shù)值模擬 (CFD 技術(shù) )是近些年發(fā)展出的一種嶄新、強(qiáng)大而有效的研究工具，因其投資小、研究周期短和精度易于提高等特點(diǎn)，迅速成為一種研究流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的有效方法，已廣泛應(yīng)用于各種流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的研究中，成為改進(jìn)和優(yōu)化葉輪設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段。由于流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)十分復(fù)雜，各種因素的相互作用使得理論分析不能顧及到全部因素，因而單靠理論分析的方法對(duì)流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)工程的需要。這種設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是對(duì)葉片進(jìn)行空間造型和修型，然后進(jìn)行三維湍流計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得到的流場(chǎng)，判別設(shè)計(jì)葉片的好壞 [20]。葉輪的旋轉(zhuǎn)和表面曲率效應(yīng)以及隨之而來的哥氏力和離心力，使葉輪內(nèi)的流動(dòng)極其復(fù)雜，并常伴有流動(dòng)分離、二次流和尾跡流等。 相比較而言，由于逆向工程獲得的數(shù)據(jù)存在較大誤差，本文還是選用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。在這個(gè)基礎(chǔ)上，發(fā)展了一系列準(zhǔn)三維設(shè)計(jì)方法 [13]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和葉輪內(nèi)部流動(dòng)研究的發(fā)展，離心泵葉輪設(shè)計(jì)得到了重大突破， 基于 三維設(shè)計(jì)方法已經(jīng)被初步應(yīng)用，其中最具代表性的就是吳仲華 提出的基于兩類相對(duì)流面的通用理論，這是一種準(zhǔn)三維的方法。這種設(shè)計(jì)方法原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)出的離心泵性能較好，是離心泵設(shè)計(jì)最普遍的方法之一。目前，逆向工程的應(yīng)用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進(jìn)的 計(jì)算機(jī) 及測(cè)量設(shè)備，進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、制造等活動(dòng)，如獲取修模后的模具形狀、分析實(shí)物模型、基于現(xiàn)有產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、快速仿形制造等。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、可視化技術(shù)、軟件工程、硬件設(shè)計(jì)及控制工程的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于離心泵的設(shè)計(jì)與模擬也越來越受到廣泛地關(guān)注。尤其在新產(chǎn)品研制階段，由于這些缺點(diǎn)可能 使得許多 設(shè)計(jì)好的 方案被舍棄 [4]。 離心泵葉輪水力性能是決定離心泵性能的主要因素。然而我國(guó)建成的絕大多數(shù)泵站，因容量偏大，運(yùn)行效率低，能源浪費(fèi)十分嚴(yán)重，裝置效率普遍低于 50%遠(yuǎn)低于水利部頒布規(guī)定的 55%無用功率達(dá)泵站裝機(jī)容量 30%~50%。雖然國(guó)內(nèi)外有許多科研院所進(jìn)行水泵CAD/CAM 系統(tǒng)的開發(fā)，有 的已經(jīng)達(dá)到比較成熟的階段。 numerical simulation。 本文結(jié)合實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)離心泵葉輪 CFD 計(jì)算結(jié)果的分析，說明所設(shè)計(jì)的葉輪是成功的。 為了方便流場(chǎng)數(shù)值的模擬分析，使用 Gambit 軟件對(duì)所得的三維模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格，運(yùn)用 fluent 軟件做出邊界條件并計(jì)算，再使用 fluent 軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的離心泵葉輪內(nèi)三維流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。 本文主要對(duì)離心泵葉輪的計(jì)算公式進(jìn)行研究，并對(duì)離心泵葉輪的尺寸進(jìn)行計(jì)算。采用二維造型得到計(jì)算區(qū)域，通過對(duì)離心泵葉輪內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算與分析，得到較好