1國內外應用現狀

我國的工業發展起步比較晚，CFD技術的發展也并不成熟，但是隨著我國工業的迅速發展，CFD技術的應用范圍也在不斷擴大，其中航空航天、造船業、汽車工業等方面的應用尤其廣泛。CFD技術的應用在國外一些發達國家已經得到了非常廣泛的應用。由于工業發展的需要，CFD技術在20世紀后半葉得到了飛速地發展。CFD技術主要是應用于航空航天方面的機械制造等，在航空航天的部件機械制造上面，對于機械設計的需求非常大，而且航空航天由于其設計的獨特性，設計難度非常大，一般的方法無法滿足航空航天的機械設計，不但費用高，也會花費很多的時間和精力。因此為了解決這個困難，國外的技術人員逐漸將CFD技術應用到航空航天的機械設計上進行仿真指導設計。

2CFD方法在流體機械設計中的應用案例分析

2.1CFD方法在噴水泵中的應用

CFD方法在流體機械設計中的應用非常廣泛，本文以噴水泵為例談談CFD方法的應用。噴水泵是一種輸送液體水的工具，生活中比較典型的是單極軸流葉輪機械。噴水泵主要是由轉子和靜子組成，FLUENT是最常用的CFD技術應用軟件之一，此次案例分析就以FLUENT軟件進行。對于CFD技術的應用可以從以下幾個步驟進行。

2.1.1建模型

FLUENT軟件應用首先需要建立一個模型。案例分析的噴水泵的模型是由6片轉子和10片靜子組成，模型相對比較簡單，計算水流流動的問題可以僅僅從轉子和靜子之間考慮，假設轉子和靜子都只有一個葉片，轉速均為1200r/min，假設實驗環境的壓力為1atm。設定好之后就可以在FLUENT軟件中開始建模，并且將初步建立的模型進行簡化，簡化到一定程度后就可以進行網格的劃分以及設置。

2.1.2進行數值計算

完成噴水泵的模型設計后，就要進行數值計算。在FLUENT軟件中設定三維單精度求解器，然后在這個求解器上選擇計算模型，噴水泵的計算模型為模型。然后在軟件上選擇標準近壁函數以及混合面來對噴水泵進行噴水時，轉子和靜子運動的現象進行模擬。模擬的過程中要對邊界條件進行設置。邊界條件設置需要分別對轉子和靜子進行設置，將轉子的流體狀態進行設置，主要是對它的轉速進行設置，可設置為1000r/min，對靜子則只需設置液體狀態即可。為保持噴水泵進口的壓力條件，則將總壓設置為0，在湍流水平則要進行保持缺省的設置。除了進口壓力，還要對出口壓力進行檢查，并對外壁條件設置為邊界條件。設置完邊界條件，就可以使用分離變量求解器對噴水泵的轉速等數值進行計算，再利用FLUENT軟件中的3D技術進行處理，從而得到一個比較真實的噴水泵運行模擬圖。

2.1.3性能模擬測試

完成上述兩個步驟之后，需要對噴水泵的性能進行模擬測試。為了探究噴水泵的工作性能，設計出高性能的噴水泵，需要對噴水泵的內部流動進行一些探究。噴水泵的性能模擬需要進行數值模擬，提供準確的泵體和葉輪數值，并且將它們作為整體進行一定的數值分析。旋轉的葉輪區域可以在相對坐標下建立一個控制方程組，對進出水管以及泵體組成區域進行絕對坐標系下的控制方程組求解，再通過雙參考系下的流動進行性能檢測計算。在檢測過程中，需要使得相對以及絕對的動靜交界面耦合滿足絕對的物理量相等。

2.2CFD方法在壓縮機上的應用

壓縮機是一種輸送壓縮氣體并且提高氣體壓力的一種機器。案例分析一個比較簡單的三維缸內幾何機構的壓縮機，它由缸壁和活塞組成。缸壁是由一個圓柱體來表示，而活塞則由運動壁面來表示。首先設置相應的曲柄角度，一般可以設置為180°，讓活塞從下死點網上進行運動，并且慢慢地將缸內的流體進行壓縮。當活塞往上運動至上死點，也就是當曲柄角度達到360°的時候，活塞又會重新回到原來的起點位置，但是在曲柄角度轉到540°時才完成一個完整的循環。

2.2.1建立模型

在計算機上運用Gambit軟件來建立一個關于壓縮機的簡化模型，再按照一定的簡化步驟繼續簡化，直到壓縮機的模型網格劃分和設置通過簡化后。

2.2.2數值計算

完成壓縮機的模型設計后，運用FLUENT三維軟件來對壓縮機模型進行數值計算。在FLUENT軟件中設定三維單精度求解器，然后在求解器上選擇計算模型。進行模型設置時，需要啟動非穩態的求解器。然后對網格進行運動設置，這個過程中，需要激活動網格的運動以及說明的相關數據。這些參數設置的設置需要能夠說明壓縮機中的相鄰壁面和活塞頂部的流體區域以及活塞上部鋪層的網格運動，還要說明活塞運動狀態，并且對這些數值進行求解。

3結語

CFD是一種計算流體動力學的方法，CFD以電子計算機為主要操作工具，并在操作過程中結合數學方法計算流體力學的相關問題。CFD技術在流體機械設計中的應用非常廣泛，除了噴水泵外還有汽輪機、風力機、氣動馬達等，本次案例對于CFD技術在噴水泵以及壓縮機上的應用，可以很好地體會到CFD技術的優越性。

作者：嚴慶生 單位：冀中能源峰峰集團邯鄲洗選廠