基于AcuSolve和HyperMorph水泵三维流动数值模拟及性能影响研究

　　1 概述

　　随着计算机技术的发展，计算流体动力学(CFD)作为一种数值模拟方法，正逐渐走向成熟，在水泵、风机等流体机械领域中的应用越来越广泛。借助CFD技术，可以得到水泵内任意位置的细节，如速度、压力、能量损失，压力脉动和漩涡等等，并可以计算出全工况范围内的扬程、功率、效率等特性，从而减小试验成本，缩短开发周期。另外，还可以根据水泵内的流动分离，间隙流动等优化水泵的性能，预测汽蚀等重要现象。

　　然而目前基于有限体积法的CFD计算很大程度上受到网格生成的限制，网格的拓扑、质量的好坏直接影响数值结果的精度，甚至影响计算的成败。对于复杂的CFD问题，网格生成更为耗时耗力，且容易出错，网格生成的时间甚至占到整个CFD计算周期的70%～80%，大大增加了产品的设计周期。而本文所采用的CFD求解器AcuSolve是基于先进的伽辽金/最小二乘法的有限元技术，区别于目前其它基于伽辽金有限元CFD软件不稳定的特点，AcuSolve引入了最小二乘算子，增加了足够的稳定性，同时又保证了求解的精确性和守恒性。其最直观的特点在于在完全非结构四面体网格上保持很高的精确性，对网格的拓扑，质量要求不高，同时也能达到很快速的收敛性。这样大大降低了前处理划分网格的难度，缩短了CFD计算的周期。另外对于CFD的优化设计，往往根据流场信息提出外形的改善设计思路，传统的方法通常需要返回到CAD软件中进行再次几何建模，然后重新划分网格，进而再次进行CFD计算，这种CFD—CAD—CFD反复的设计过程大大降低了CFD优化设计的效率，而本文所采用的HyperMesh中的HyperMorph技术，可以直接对网格进行灵活的变形，得到自己想要的外形，从而无需返回到CAD软件中进行再次造型，因此这种网格变形技术很大程度上增加了CFD优化设计的效率。

　　2 计算模型

　　2.1 几何模型与网格划分

　　为了减小网格数目，对该模型的一些非关键区域，如叶轮基座底部的几何外形进行了一定的简化，并去除非流体区域，如水泵外层壳体，并适当延长了出口管道以使得计算更容易收敛。计算的几何模型如图1所示。模型采用HyperMesh进行表面网格划分，然后将表面网格模型导入AcuSolve的专用前处理器AcuConsole中划分体网格和边界层网格。网格节点数480905，单元数2586059。图2所示为用HyperMesh生成的表面网格。　　

　　图1 几何模型　　

　　图2 叶片表面网格
(本文不涉密)
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