Fluent Meshing | 离心泵性能仿真网格划分案例

离心泵性能仿真前处理技术详解：利用 Fluent Meshing 2020R1 中的故障容错网格生成流程优化模型准备与网格划分

一、SCDM 模型生成及处理

离心泵性能分析中的模型构建是关键的第一步。通过 Solidworks 软件构建了包含蜗壳和带有盖板叶轮的离心泵三维模型，确保了紊流体动力场仿真的精确性。在 Solidworks 中，蜗壳与叶轮各部件被细致分割，有必要采取特定策略确保模型的密封性及完整性。




封闭机制与边界定义

导入模型至 Surface Control Design & Modeling (SCDM) 工具后，创建辅助面，封闭蜗壳和叶轮，确保为抽取出蜗壳与叶轮内流体区域提供完整边界。为了减轻由于旋转复合操作导致的模型不封闭问题，适当延长了 Caps（封闭面）的生成线，避免了模型的漏封。为防止封闭操作中出现的提示描述的漏洞问题，将蜗壳及生成的 Caps 定义为一个整体组件。叶轮的模型处理中，选择了叶轮的出口边线进行填充操作，定义了单独组成为“construction surface”，应用于平面网格的生成。最后通过群组功能创建“inlet”和“outlet”边界，确保模型能够正确地实现流体域的封闭，有效地抽取流体区域。生成的模型以“.fmd”格式保存，为后续 Fluent 中的网格生成奠定基础。

二、Fluent Meshing 网格生成流程

启动 Fluent Meshing 2020R1 软件，选择“故障容忍网格生成（Faulttolerant Meshing，FTM）”过程，加载离心泵的几何模型。模型的描述明确覆盖了封闭叶轮的进口与蜗壳的出口部分，并准确识别出用于网格生成的“construction surface”。接下来，为蜗壳与叶轮分配不同材料点，确保后续网格生成的精度与层次深度。

更新计算领域与尺寸控制

通过对模型执行“wrap”操作，抽取并生成蜗壳内流动区域的网格。基于先前定义的“construction surface”，执行“表面网格生成”以实现叶轮内流体区域的精确捕捉。网格生成过程中设置尺寸控制策略，限制在交界面附近网格尺寸不超过20mm，以提高仿真预测的准确性。

面网格与体网格构建

实施面网格生成策略，合理划分叶轮与蜗壳表面网格的边界条件，确保气流与流体流动的准确模拟。在 Fluent 网格结构中添加两层边界层，填充体网格，最终生成体网格数量约为120万，此次网格划分工作达到了高效且精确的目标。

三、Fluent MRF 求解

通过对轴对称物理场景的设置，定义叶轮绕“X”轴逆时针旋转，以模拟实际运行条件。依据所选定的轴向转速（340r/min）， Fluent MRF 求解器有效创建了动域与静域间的“Interface”，覆盖了流场中的压力分布变异。在求解过程完成后，压力分布云图直观呈现了计算区域内压力的分布规律，深入解析了叶片扰动引起的压力波动。

四、离心泵性能评估与结论

采用 Fluent 运行计算结果中的扭矩值（Fluent Moment）计算公式 MN/S，量化分析了离心泵的水力效率，在此流程中，大体上考虑了流场中能量传递与损失的平衡。综观当前离心泵的CFD（计算流体动力学）仿真应用，仿真精度显著提高，这得益于仿真方法的成熟性与仿真工具的迭代发展。

在先前的研究工作中，对于获取的离心泵三维模型转化至 ANSYS CFD 前处理软件过程中，封装蜗壳与叶轮间的流体域、网格生成调优及界面处理等方面，不断遭遇相应的冗杂、耗时且复杂问题。专注于模拟参数与模型兼容性之间的微妙平衡，通过实践经验总结，Fluent Meshing 的“故障容忍网格生成”功能节约了人工干预成本，极大地简化了模型前处理与整个网格生成流程，显著提升了工作效率，为离心泵性能仿真提供了一条更为高效的路径选择。

此实践结果的分享目的在于为广大计算流体力学研究人员与工程师提供有益于预备阶段优化工作的方法论，以期在复杂的模型准备和网格生成过程中提高动能，促进科研和工程应用中的仿真技术普及与提高。最后，根据现行的离心泵性能仿真研究领域的发展趋势与实践反馈，很大程度上确认了 Fluent Meshing 网格生成工具在简化故障处理、提升仿真效率方面做出的重要贡献。

来源：CFD小学生

此内容旨在全面概述离心泵性能仿真的前置准备及微妙技巧，以 Fluent Meshing 2020R1 为平台的实际操作遵循逻辑清晰，并针对模型处理和网格生成的优化过程进行了详细解析，旨在为新时期 CFD 分析提供可借鉴的案例及知识积累。