距离本专题上一次更新已经是七个月前了,肉眼可见这半年我变懒了哈哈,抓紧趁着天冷了让小心心火热起来,继续燃烧!
今天的内容是如何利用CFX模拟离心泵的空化效应并得出必需汽蚀余量NPSHr,这是我们评判叶轮水力设计好坏的重要标准。所以我们可以在设计前期就得到一个大致的数值,以便于和装置汽蚀余量NPSHa做减法,一般情况下NPSHa-NPSHr≤1.5m时会要求我们做泵的汽蚀性能试验,以确保泵在运行时不会发生汽蚀。汽蚀的危害很多,包括但不限于影响泵的扬程、效率、振动、噪音、过流部件损坏等,综上所述,利用CFD方法预测NPSHr值既经济又非常有必要,那么接下来我们开始!
如果你看过我们专题的第4部分,也即下面这篇文档,关于如何利用Fluent模拟离心泵的空化性能,请查看下方这篇文档::
你会发现,模拟空化的发生首先需要一个稳定的流场,所以通常情况下在模拟空化之前需要先完成稳态计算,得到一个.res的稳态数据结果,以这个文件作为空化的初始状态,看到这里咱们默认你离心泵的稳态计算已经结束了!
那离心泵的空化(汽蚀)具体是怎么模拟的呢?你得看看下面这篇文档,和我们实际工程试验是相同的步骤:

泵汽蚀试验及模拟怎么做
打开workbench,拖入Fluid flow(CFX)模块,右键点击Setup点击Import case,找到稳态计算时设置的.cas文件导入。空化设置过程是在稳态cas的基础上添加内容,所以这样很方便!
导入cas后右键Edit进入CFX-PRE设置界面
Setp1:添加介质Vapor
找到Material,右键点击Insert-Material按钮新建一个原材料,这里我们可以将其命名为Vapor
选择材料的属性,材质的类型为Pure Substance(单一属性的材质),如果是混合物就不能选这个类型了,得是Fixed Composition mixture,下边是Material Group,就相当于你从这些属性中摘出你想要的,我们需要用到的是
-
- Constant Property Gases(具有恒定属性的气态)
-
- Interphase Mass Transfer(定义比热容这些)
- User(默认的)
需要同时选择这3个类型,所以选择的时候需要按住Ctrl就可以多选
选好后点击OK如下所示,勾选Thermodynamic State(热力学状态),保持默认为Gas,意思是Vapor状态一直为气态,该参数将物质的状态设置为固体、液体或气体。存在某些限制通过选择特定状态而施加的。例如固体必须始终具有至少密度,规定的比热容和热导率。
切换到Material Properties项,这里需要定义如下的数值,
- Molar mass(摩尔质量)
- Density(密度)
- Specific Heat Capacity(比热容)
- Dynamic Viscosity(运动粘度)
这些都是水的物性参数,可以通过查阅物性参数表来获取数据,毕竟这些数值前人已经都测试过了
水蒸气的摩尔质量Molar mass和水是一样的,都是18g/mol,换算成CFX的单位也即18kg/kmol
水蒸气的密度会随着温度的不同而变化,所以可以查看下方的这个表格,通常我们汽蚀是在常温下测试的,所以温度可以选择20℃或者25℃,就选取下表中的密度一栏中的数值即可!
关于水蒸气的比热容,这个数据真是不好找,我查到孟兆祥老师的《空气调节基础》中水的比热容为420J/Kg/k、水蒸气的比热容为1840J/Kg/k;根据Flunet材料库中自带的water Vapor材质的定义,可以看到下方的曲线,看起来和查到的数据是有出入的,这里咱们暂且就按照1840J/Kg/k来算,如果读者有更详细的关于水蒸气比热容的数据分享一下,咱们再做补充!
这里需要非常注意的是单位,比如比热容,
CFX软件默认的单位是“J/Kg/K”,很多物性表里的数据单位并不相同,比如J/Kg/℃还有KJ/Kg/K,其中“J/Kg/K”和“J/Kg/℃”是完全等价的,我们需要注意的是KJ与J之间的1000倍关系、Kg与g之间的1000倍关系(这句等于废话)!
Step2:设置计算域
前面我们添加了水蒸气介质Vapor,我们在前期定常计算的时候只有单相介质water,所以需要指定
任选一个计算域,双击或者右键Edit编辑,如下图所示点击新建按钮,添加新的介质项,名称随意,我们这里定义为Vapor
选中新建的Vapor项,在Metrial中找到我们step1中新建的材料Vapor,相当于指定了第二相为Vapor水蒸气项,注意看下方计算域的参考压力为0,因为在计算汽蚀是进口压力采用绝对压力,所以这个参考压力需要指定为0,其余时候给1个大气压!
接下来切换到Fluid Models项,勾选Homogeneous Model(均相模型)项,均相流模型是假定多相介质流动是整体且均匀的混合物,相间没有相对滑移,所有流体共享一个速度场、湍流场等,适用于气泡、雾状等模型,所以对于咱们压降产生的气泡来说是非常适合这个模型的,相当于简化了问题。
湍流模型这个区别不大,就用默认的K-e即可
然后切换到Fluid pair models项,来设置相间作用为Cavation,水蒸气饱和压力(Saturation pressure)数据可查下表!
计算域设置完点击OK按钮结束,CFX设置的好处在于只要指定任意一个计算域的设置项,其他计算域也会自动更改,而Fluent里边不这样,你得按个修改或者改完一个,复制给其他所有计算域,这么看来CFX还是有优点的哈哈。
Step3:设置边界条件
流体域进口Inlet:
边界类型为Total Pressure,因为我们已经将参考压力指定为0,所以这个时候总压和静压都是一样的,习惯性总压!我看也有很多教程中在计算空化的时候采用流量进口压力出口,你要说有啥毛病吧也没有,因为出口压力降低了进口自然也会跟着降,只是个习惯问题,至少空化发生的主要机理是由于进口压力降低了,低于汽化压力了,就发生了。所以结合工程实际,还是给进口压力边界习惯。
至于我这个100kpa压力值是怎么来的,工程实际中很多泵进口压力也就在0.1Mpa左右,泵的汽蚀余量NPSHr值再差也不可能高到10m以上去的,所以可以从100KPa往下减小,前面可以区间取大一些,20Kpa往下降,到60Kpa左右后切换到区间为10Kpa往下降,再往下根据实际计算数据可以调整区间为5Kpa或者更准确的1Kpa,只要计算资源充足时间充足,你可以得到非常精确的NPSHr值!
设置好后切换到Fluid Values项,指定进口边初始状态水的体积分数为1,水蒸气的体积分数为0,这么设置的意思是水蒸气都来自低压析出,而非我们人工输入!设置好后点击OK按钮关闭!
流体域出口Outlet:
边界类型为质量流量出口Bulk Mass Flow Rate,设置好后点击OK按钮关闭!
Step4:求解设置
前面我们讲了,空化的前提是需要在定常计算结果的基础上开展,所以要将定常计算的结果文件.res作为Initial Values,如下图设置,其中中间部分是找到定常的结果文件,设置好后点击OK按钮完成!
Step5:求解计算
关闭Workbench,Update项目!
免责声明
泵小丫收集资源均来自网络
仅用于内部交流之用,如有需要请支持正版
右键setup点击导入cas,失败,应用错误,不能被打开?是啥原因呢?
你导入的是cfx文件不
不是,群主说的不是稳态计算的cas文件吗?
就是导入cfx后缀的文件啦
为何报错提示要增加水蒸气粘度??
你是不是添加了以后,没保存?
应该是要填写隐藏的动力粘度?
我有个问题,cfx里有自带的water vapour at 25 ,为什么还要手动设置vapor?
你好,能不能出一个算完以后后处理结果作图的教程
😁
请问蒸汽运动粘度那里应加数值为多少呢
请问为什么我用添加的介质,就是显示?呢,改成系统自带的介质?立马变成了√了。
所有隐藏的空白都得填上才会将问号变成对勾
我想改变介质黏度探究空化特性。将水改成油,水蒸汽改成油蒸汽,只改变介质其他操作没有改变,但是迭代了100个步长就报错了,请问这个是为什么呢?