計(jì)算流體動力學(xué)簡稱CFD，通過數(shù)值方法求解流體運(yùn)動的控制方程，得到離散流場的定量描述，并以此預(yù)測流體運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科。

CFD主要是求解流場中的數(shù)值解的過程，通過把流體運(yùn)動控制方程的離散化，將流體質(zhì)點(diǎn)上的控制方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，然后通過計(jì)算機(jī)求解質(zhì)點(diǎn)上的代數(shù)方程組并得到流場在離散的時(shí)間、空間點(diǎn)上的數(shù)值解。

計(jì)算流體動力學(xué)為水力機(jī)械提供了設(shè)計(jì)、優(yōu)化和模擬的廉價(jià)工具，在實(shí)際的工程應(yīng)用過程當(dāng)中，流動狀況往往比較復(fù)雜，所以使得測量過程變得很困難，而計(jì)算流體力學(xué)能提供全部流場內(nèi)的詳細(xì)信息。

CFD技術(shù)為流體機(jī)械提供了一種相對廉價(jià)的設(shè)計(jì)方法，在流體機(jī)械行業(yè)中開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)往往都要利用CFD進(jìn)行流場優(yōu)化。CFD技術(shù)在流體機(jī)械行業(yè)內(nèi)越來越占據(jù)重要的地位。

本課程重點(diǎn)講述CFX這種仿真工具在流體機(jī)械內(nèi)的應(yīng)用，以及相應(yīng)的仿真優(yōu)化流程。其中包括Turbogrid結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分及其用法、ICEM網(wǎng)格劃分、利用CFX對流體機(jī)械（泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)）的仿真分析、利用workbench進(jìn)行流體機(jī)械的流固耦合分析、利用Workbench進(jìn)行優(yōu)化流程、CFD-POST的后處理分析等等。

對于新手來講，想要系統(tǒng)的學(xué)習(xí)流體機(jī)械整個(gè)仿真流程確實(shí)是一件困難的事。不僅要知道這樣做，還要知道為什么這樣做，很多從事仿真工作的工程師知道這樣做，但是不知道為什么這樣做。這一塊就是我們需要提升的地方。

本期系列課結(jié)合自己做過的實(shí)際例子，來為大家講述流體機(jī)械的仿真流程，不僅教大家怎么做，而且講解為什么要這樣做？當(dāng)然要想真正理解CFD（計(jì)算流體力學(xué)），還需要大家多學(xué)習(xí)，所練習(xí)，多思考。下面我?guī)ьI(lǐng)大家初步了解一下流體機(jī)械的奧秘。

一、流道模型輸入（葉輪、擴(kuò)壓器）

在開始仿真之前我們需要獲得流道的模型，對于流體機(jī)械而言，我們需要獲得葉輪、擴(kuò)壓器、其他過流部件的流道。擴(kuò)壓器在水泵和風(fēng)機(jī)中叫蝸殼。對于壓縮機(jī)來講，還需要?jiǎng)澐譄o葉擴(kuò)壓器和有葉擴(kuò)壓器的模型。

二、網(wǎng)格劃分

使用Turbogrid劃分旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

網(wǎng)格劃分是我們進(jìn)行流場模擬的前提，在這里我們利用Turbogrid來劃分葉輪的網(wǎng)格，這樣可以形成流面方便我們進(jìn)行后處理。蝸殼的網(wǎng)格通常采用ICEM來劃分。

1、基本劃分的劃分原則如下：

① 網(wǎng)格要和幾何保持良好的貼合；

② 在流動復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密。這也是利用Turbogrid進(jìn)行葉輪網(wǎng)格劃分的優(yōu)點(diǎn)。

③ 對于網(wǎng)格如有必要需要進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性檢查。

④ 不同交界面之間的網(wǎng)格尺寸盡量一致

在這里我們還將學(xué)習(xí)如何利用DM和Turbogrid做葉輪的逆向處理，如何利用Turbogrid給現(xiàn)有的三維葉輪模型劃分網(wǎng)格。

2、如何使用TurboGrid給現(xiàn)有葉輪畫網(wǎng)格

第一步，我們從Cfturbo導(dǎo)出的文件可以看出，其導(dǎo)出的文件一共有四個(gè)文件。

從圖中我們可以看出這里面我只是截取了其中一個(gè)流面截線的點(diǎn)坐標(biāo)。其余的點(diǎn)坐標(biāo)也是以這樣的格式導(dǎo)入到里面的。

同樣的道理，前后蓋板的文件也是以這樣的格式做好相應(yīng)的.curve文件。第二步，我們看一下怎么講葉片的點(diǎn)坐標(biāo)以什么樣的格式放入到里面。

從圖中我們可以看出這里面我只是截取了其中一個(gè)流面截線的點(diǎn)坐標(biāo)。其余的點(diǎn)坐標(biāo)也是以這樣的格式導(dǎo)入到里面的。

同樣的道理，前后蓋板的文件也是以這樣的格式做好相應(yīng)的.curve文件。

第三步，我們看一下如何編輯配置文件。

配置文件的內(nèi)容如下：

① 位置是葉片數(shù)② 位置是旋轉(zhuǎn)軸③ 位置是后蓋板點(diǎn)文件的位置④ 位置是導(dǎo)入單位⑤ 位置是葉片型線點(diǎn)坐標(biāo)文件的位置

還有前蓋板點(diǎn)坐標(biāo)文件的位置沒有標(biāo)出來，你需要將前后蓋板以及葉片型線點(diǎn)坐標(biāo)文件換成你做好的點(diǎn)坐標(biāo)文件的位置以及長度單位改成MM，葉片數(shù)改成自己的葉片數(shù)。

做好配置文件之后在Turbogrid里面打開TSE文件即可。

三、CFX前處理

這一部分主要包括：

1、新建文件

2、導(dǎo)入網(wǎng)格

3、定義模擬類型（穩(wěn)態(tài)模擬、瞬態(tài)模擬）

4、創(chuàng)建計(jì)算域（按照導(dǎo)入網(wǎng)格模型的個(gè)數(shù)建立），在這個(gè)過程中還需要定義域的相關(guān)特性。

5、指定邊界條件：這里面就涉及了邊界條件的選擇以及定義。

6、建立交界面：不同域之間的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞需要建立交界面。

7、初始化流場：初始化流場對于流場計(jì)算有著非常重要的意義。

8、定義求解控制；

9、定義輸出；

10、定義運(yùn)行

11、控制計(jì)算

離心泵設(shè)置示意圖

離心壓縮機(jī)設(shè)置示意圖

四、CFD-POST后處理

做仿真的目的是驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)結(jié)果并為我們的設(shè)計(jì)提供優(yōu)化思路，所以我們需要在CFD-POST中進(jìn)行后處理，根據(jù)流場的仿真分析的結(jié)果提供合理的優(yōu)化建議，當(dāng)然這一切都是在我們前面流場模擬是準(zhǔn)確合理的。

一般來說，我們做CFD分析都是為實(shí)現(xiàn)我們前期的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)的。一般的，我們做正向設(shè)計(jì)時(shí)，先做葉輪的設(shè)計(jì)，先做好葉輪設(shè)計(jì)，優(yōu)化完葉輪設(shè)計(jì)后，在匹配后面的流道，比如蝸殼等等其他過流部件。

后處理中，我們一般要得到外特性、速度分布圖、壓力分布圖等等，根據(jù)不同的需要，我們需要做出不同的后處理。

流面壓力分布

五、利用WorkBench進(jìn)行優(yōu)化過程

這一小節(jié)講述如何利用WorkBench進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械的優(yōu)化流程。