[0028] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
[0029] 本发明所述的速度梯度和压力梯度均为单元重心上的(单元可以是四面体也可以是六面体)。
[0030] 如图1为本发明所述自适应网格生成过程流程图。
[0031] 步骤一,搭建两相流泵外特性试验台,泵的扬程有进出口压力表测量得到;采用电测法测量泵的功率,外特性结果得到的最优工况点流量为34.48m3/h扬程为4.76,效率为57.3%,根据两相流泵的水力模型采用Pro/E进行三维建模,并采用ICEM生成初始网格。
[0032] 步骤二,计算采用CFX,标准k-ε湍流模型、SIMPLE算法,非耦合隐式方案进行求解。
[0033] 进口边界条件:采用速度进口,由质量守恒定律和无旋假设确定进口轴向速度。
[0034] 出口边界条件:自由出流,假定出口边界处流动已充分发展,出口区域距离回流区较远。
[0035] 壁面条件:固体壁面采用边壁无滑移条件。
[0036] 扬程:
[0037] 效率:
[0038] 式中:Pout表示泵出口的压力,Pin表示泵进口压力,ρ表示泵内液体的密度,Q表示泵的流量,H表示泵的扬程,g为重力加速度;M′为叶片工作面、背面和前后盖板内、外表面的力矩之和;ω表示泵的角速度;η'为包含容积损失、圆盘损失后泵全流场计算域预测效率值;轴承和密封的损失取3%;因此预测泵的效率η=η′×(1-3%)。
[0039] 步骤三,根据计算结果获得各个单元的速度梯度值 和压力梯度值并按照公式 计算各个单元的值,其中λ1为速度梯度的权重系
数,λ2为压力梯度的权重系数,λ1+λ2=1,i为单元的标号,λ1推荐值为0.6,λ2推荐值为0.4;
[0040] 1、单元i的压力梯度值 计算方法如下:
[0041] (1)在X方向上单元i的压力梯度:
[0042] Pi+1为标号i+1单元的压力,Pi-1为标号i-1单元的压力,Δxi+1,i为单元i+1与单元i在X方向的距离(单元重心之间X方向上的距离),Δxi,i-1为单元i与单元i-1在X方向的距离(单元重心之间X方向上的距离);
[0043] 所述单元i在Y、Z方向上的压力梯度与所述单元i在X方向上的压力梯度计算方法一致;
[0044] (2)单元i的压力梯度值为:
[0045] 其中 分别为所述单元i在X、Y、Z方向上的压力梯度。
[0046] 2、单元i的速度梯度值 计算方法如下:
[0047] (1)本发明定义X,Y,Z方向的速度分别为u,v,w,则X方向上单元i的速度梯度计算方法如下:
[0048]
[0049] 其中ui+1为标号i+1单元X方向的速度,ui-1为标号i-1单元X方向的速度,Δxi+1,i为单元i+1与单元i在X方向的距离(单元重心之间X方向上的距离),Δxi,i-1为单元i与单元i-1在X方向的距离(单元重心之间X方向上的距离)。
[0050] (2)X方向的速度梯度大小为:
[0051]
[0052] 对于其他方向(如Y,Z)的计算方法和X方向计算方法一致;
[0053] (3)在单元i的速度梯度大小为:
[0054] 其中 分别为所述单元i在X、Y、Z方向上的速度梯度。
[0055] 3、边界上单元的压力梯度计算方法:
[0056] 左边界上的单元(例如i=0),在X方向上单元i的压力梯度计算方法如下:
[0057] 对于其他方向的计算方法和X方向计算方法一致,因此,在单元0的压力梯度大小为:
[0058]
[0059] 右边界上的单元(例如i=imax,imax表示最大单元数),在X方向上单元imax的压力梯度计算方法如下, 对于其他方向的计算方法和X方向计算方法一致,因此,在单元imax点的压力梯度大小为:
[0060]
[0061] 4、边界上单元的速度梯度计算方法:
[0062] 左边界上的单元(例如i=0),在X方向上单元0的速度梯度计算方法如下:
[0063]
[0064] X方向的速度梯度大小为:
[0065]
[0066] 对于其他方向(如Y,Z)的计算方法和X方向计算方法一致,因此,在单元0的速度梯度大小为:
[0067]
[0068] 右边界上的单元(例如i=imax,imax表示最大单元数),在X方向上单元imax的速度梯度计算方法如下:
[0069]
[0070] X方向的速度梯度大小为:
[0071]
[0072] 对于其他方向(如Y,Z)的计算方法和X方向计算方法一致,因此,在单元imax的速度梯度大小为:
[0073]
[0074] 步骤四:根据公式 计算各个单元的梯度差值,并对各个单元的梯度差值进行归一化处理,即 其中 为所有单元梯度差值的最大值;
[0075] 步骤五:根据给定的误差阈值对大于该值的单元进行标定,如果每次都给定一个固定值会增加整个自适应过程的时间,故在第一次自适应过程中给一个较大的误差阈值推荐采用0.95,即标定所有单元的 的值大于0.95,而在随后的计算迭代过程中不断减小该值;
[0076] 步骤六:对所有标定的单元进行加密,即在标定单元各边的中点处添加一个加密节点,在此基础上接着继续进行CFD计算;
[0077] 步骤七:重复步骤二到步骤六,且步骤五中给定的误差阈值逐渐减小(如第二次给定0.9,第三次给定0.88,以此类推),直到CFD计算的得到的扬程和效率与试验误差小于2%为止(推荐计算误差为2%),可以结束自适应迭代过程。
[0078] 本实施例在初始网格为86万,自适应加密后得到的网格数为183万后的自适应计算结果与试验的外特性结果对比,扬程误差为1.2%,效率误差为1.6%,计算时间为6小时26分钟;而如果初始网格为185万,计算的结果为,扬程误差为4.2%,效率误差为5.1%,4小时14分钟;而网格数达到398万,才能得到与自适应网格相同的计算精度,且计算时间为16小时43分钟,可见本专利提出的方法能够较好的提高计算效率和计算精度。
[0079] 所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。