（本例来源CFX12的帮助文件）
名称：利用侵入式实体对齿轮泵进行流体动力学仿真模拟
说明：侵入式实体是CFX12中新增加的功能，利用该方法，可
以不用进行几何重构和网格重新划分而获得将单个连续流体域
分割成多个不连续流体域的流体仿真结果；而在以前的流体分
析中，一般要求计算的流体域是连续的，即流体计算需要计算
连续性方程。
下面开始我的学习之旅！
目录
1、本例的特征说明.............................................. 3
2、求解问题的总体简述.......................................... 4
3、开始之前的准备.............................................. 6
4、启动CFX-Pre ................................................ 7
5、在CFX-Pre 模块中进行问题的定义.............................. 8
6、导入网格.................................................... 9
7、生成定义时间步长和总体计算时间的CEL 表达式................. 10
8、设定分析类型............................................... 11
9、生成计算流体域............................................. 12
10、生成流体域界面............................................. 15
11、生成边界条件............................................... 17
12、设定求解控制............................................... 18
13、设定输出控制............................................... 19
14、写出CFX 求解的*.def 定义文件............................... 20
15、利用CFX-Solver 求解器获得模拟计算结果...................... 21
16、在CFX-POST 模块中进行后处理................................ 22
1、本例的特征说明
在本例中，将会学习到如下内容：
——设定一个侵入式实体域
——应用一个“考虑旋转”的墙边界条件
——利用CEL 表达式监视求解过程的执行
——在CFX-POST 中生成XY 坐标的瞬态图表
——生成一个结果动画
Component Feature Details
CFX-Pre
User Mode General Mode
Domain Type
Immersed Solid
Fluid Domain
Analysis Type Transient
Fluid Type Continuous Fluid
Boundary Conditions
Inlet Boundary
Outlet Boundary
Domain Interface Fluid Fluid
CFD-Post
Charts
Mass Flow Rate
Pressure Difference
Animation
Velocity Vector
Movie
2、求解问题的总体简述
在本例中，你将模拟如下图的一个齿轮泵。利用CFX 中的侵入式实体功
能对于流过流体的齿轮泵进行模拟计算。
在入口处有相对总体压力10 Psi，在出口处静态压力为参考压力。在齿
轮泵内部，齿轮转速7 rps，齿轮泵外部转速6 rps，流体所在的区域直径
约7.3 cm。
对于泵内部旋转的齿轮，利用侵入式实体进行模型设定，对于泵内的流
体利用旋转流体域进行模型设定，而对于入口和出口的流体通道设定为静态
域。对于本齿轮泵外部的静态泵壳采用“考虑旋转”的墙体边界条件，在与
入口和出口流体通道非重叠的部分，位于正Z 轴方向；对于泵外壳上的齿轮
上表面，设定为旋转墙，在与入口和出口流体腔体的非重叠的部分，位于负
Z 轴方向。
对于周期性的旋转流体，需要满足如下条件：
（1）旋转流体域的网格需要有周期性的旋转，以至于看起来每个齿流过
流体之后是一样的；
（2）侵入式实体的外部边界网格应该是周期性旋转的，以至于看起来每
个内部的齿流过流体之后是一样的；
（3）一个整数倍的总体时间步长应该与单个齿流过流体的时间相对应。
3、开始之前的准备
建议您完成之前的例子学习之后再进行本例的学习，如果这个例子是您
学习的第一个例子，请按顺序参考如下部分：
（1）在标准模式下设定工作目录并启动CFX。
（2）在ANSYS Workbench 中运行CFX 的例子。
（3）改变显示颜色。
（4）执行一个例子任务文件。
4、启动CFX-Pre
（1）准备工作目录，并使用CFX 的Example 目录中的文件。
——ImmersedSolid.pre
——ImmersedSolid.gtm
（2）设定工作目录，启动CFX-Pre 。
5、在CFX-Pre模块中进行问题的定义
如果您想自动定义本例子文件，请运行ImmersedSolid.Pre 文件。如果
您想手动执行，请按顺序执行如下步骤：
（1）在CFX-Pre 中，选择File->New Case；
（2）选择General 并点击OK；
（3）选择File->Save Case As…；
（4）在File Name 中输入ImmersedSolid.cfx；
（5）点击Save。
6、导入网格
（1）在Outline 树状视图中编辑Case Options->General，将Automatic
Default Domain 关闭，在后面将已导入网格的方式手动生成3 个域，并点击
OK；
（2）选择File->Import->Mesh 导入网格文件；
（3）选择网格文件类型CFX Mesh (*gtm *cfx)，并选择工作目录下的
ImmersedSolid.gtm，并点击Open。
7、生成定义时间步长和总体计算时间的CEL表达式
接下来，您将生成一个表达式用于瞬态流体分析的时间步长设定。对于
单个齿，转过一个通道需要1/42s 的时间，将该时间段分解成30 个部分：
在主菜单中，选择Insert->Expressions，Functions and Variables-
>Expression ；
（1）在Insert Expression 对话框中，输入dt，并点击OK；
（2）设定Definition 为(1/42)[s]/30，并点击Apply 生成该表达式。
接着，您将生成一个表达式用于定义总体计算时间。设定总体计算时间
为3 个齿流过流体，从而形成周期性流动的现象，具体步骤如下：
（1）生成一个名称为total time 的表达式；
（2）设定Definition 为(3/42)[s]，并点击Apply 生成该表达式。
8、设定分析类型
将分析类型设定为瞬态，并使用之前定义好的CEL 表达式，具体设定信
息见下表：
（1）在Outline 树中，编辑Analysis Type；
（2）应用下表的设定；
（3）点击OK。
Tab Setting Value
Basic Settings
External Solver Coupling > Option None
Analysis Type > Option Transient
Analysis Type > Time Duration > Option Total Time
Analysis Type > Time Duration > Total
Time
total time[a]
Analysis Type > Time Steps > Option Timesteps
Analysis Type > Time Steps > Timesteps dt
Analysis Type > Initial Time > Option Automatic with
Value
Analysis Type > Initial Time > Time 0 [s]
[a] You first need to click Enter Expression beside the field.
9、生成计算流体域
本例需要3 个计算域，2 个流体域以及1 个侵入式实体域：
——生成一个侵入式实体域，步骤如下：
（1）在主菜单下选择Insert > Domain，或点击Domain 按钮。
（2）在Insert Domain 对话框中,设定名称为ImmersedSolid 并点击OK.
（3）应用如下的设定：
（4）点击OK.
——生成一个静态流体域，步骤如下：
（1）生成一个域，名称为StationaryFluid。
（2）应用如下的设定：
Tab Setting Value
Basic
Settings
Location and Type > Location Inner Rotor
Location and Type > Domain Type Immersed
Solid
Location and Type > Coordinate Frame Coord 0
Domain Models > Domain Motion > Option Rotating
Domain Models > Domain Motion > Angular
Velocity
7 [rev s^-1]
Domain Models > Domain Motion > Axis Definition
> Option Two Points
Domain Models > Domain Motion > Axis Definition
> Rotation Axis From
0.00383, 0, 0
Domain Models > Domain Motion > Axis Definition
> Rotation Axis To
0.00383, 0, 1
Tab Setting Value
Basic
Settings
Location and Type > Location Channels
Location and Type > Domain Type Fluid Domain
Location and Type > Coordinate Frame Coord 0
Fluid and Particle Definitions Fluid 1
Fluid and Particle Definitions > Fluid 1 > Material Library
（3）点击OK。
——生成一个旋转流体域，步骤如下：
（1）在Outline 树状视图中，右击Simulation->Flow Analysis 1-
Tab Setting Value
Option
Fluid and Particle Definitions > Fluid 1 >
Material Water
Fluid and Particle Definitions > Fluid 1 >
Morphology > Option
Continuous Fluid
Domain Models > Pressure > Reference
Pressure 1 [atm]
Domain Models > Buoyancy > Option Non Buoyant
Domain Models > Domain Motion >
Option
Stationary
Domain Models > Mesh Deformation >
Option None
Fluid Models
Heat Transfer > Option None
Turbulence > Option k-Epsilon
Turbulence > Wall Function Scalable
Combustion > Option None
Thermal Radiation > Option None
Initialization
Domain Initialization (Selected)
Domain Initialization > Initial Conditions >
Velocity Type
Cartesian
Domain Initialization > Initial Conditions >
Cartesian Velocity Components > Option Automatic with Value
Domain Initialization > Initial Conditions >
Cartesian Velocity Components > U
0 [m s^-1]
Domain Initialization > Initial Conditions >
Cartesian Velocity Components > V
0 [m s^-1]
Domain Initialization > Initial Conditions >
Cartesian Velocity Components > W 0 [m s^-1]
Domain Initialization > Initial Conditions >
Static Pressure > Option
Automatic with Value
Domain Initialization > Initial Conditions >
Static Pressure > Relative Pressure 0 [Pa]
Domain Initialization > Initial Conditions >
Turbulence > Option
Medium Intensity and
Eddy Viscosity Ratio
>StationaryFluid 并选择Duplicate。
（2）右击Simulation ->Flow Analysis 1->Copy of StationaryFluid
并选择Rename。
（3）将该域改名为RotatingFluid 。
（4）编辑RotatingFluid。
（5）应用如下的设定:
（6）点击OK。
Tab Setting Value
Basic
Settings
Location and Type > Location Gear
Chamber
Domain Models > Domain Motion > Option Rotating
Domain Models > Domain Motion > Angular
Velocity 6 [rev s^-1]
Domain Models > Domain Motion > Axis Definition
> Option
Coordinate
Axis
Domain Models > Domain Motion > Axis Definition
> Rotation Axis
Global Z
10、生成流体域界面
增加一个域界面用于连接StationaryFluid 和RotatingFluid域，步骤
如下:
（1）在主菜单中点击Insert->Domain Interface 或者点击Domain
Interface 按钮。
（2）接受缺省的域界面名称并点击OK。
（3）应用如下表格中的设置:
（4）点击OK。
应用一个考虑旋转的非滑移的墙体条件到非重叠的旋转域的侧面上，因
为该表面代表了泵的静态外壳。
（1）编辑RotatingFluid->Domain Interface 1 Side 2。
若该对象未出现在树状视图中，则在Case Options->General 中选择
Tab Setting Value
Basic Settings
Interface Type Fluid Fluid
Interface Side 1 > Domain (Filter) StationaryFluid
Interface Side 1 > Region List Channel Side
Interface Side 2 > Domain (Filter) RotatingFluid
Interface Side 2 > Region List Chamber Side
Interface Models > Option General Connection
Interface Models > Frame
Change/Mixing Model > Option
Transient Rotor
Stator
Interface Models > Pitch Change >
Option
None
Mesh Connection Method > Mesh
Connection > Option
GGI
Additional Interface
Models
Mass and Momentum > Option
Conservative
Interface Flux
Mass and Momentum > Interface
Model > Option
None
“Show Interface Boundaries in Outline Tree”并点击OK。
（2）应用如下表格中的设定：
（3）点击OK。
应用旋转的非滑移墙体条件到静态域侧面的非重叠部分，因为该部分代
表了泵的外齿，并且关于Z轴转速6rps。
（1）编辑StationaryFluid->Domain Interface 1 Side 1。
（2）应用如下表格中的设定：
（3）点击OK。
Tab Setting Value
Boundary
Details
Nonoverlap Conditions (Selected)
Nonoverlap Conditions > Mass and
Momentum > Option
No Slip Wall
Nonoverlap Conditions > Mass and
Momentum > Wall Velocity
(Selected)
Nonoverlap Conditions > Mass and
Momentum > Wall Velocity > Option
Counter
Rotating Wall
Tab Setting Value
Boundary
Details
Nonoverlap Conditions (Selected)
Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum >
Option
No Slip Wall
Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum >
Wall Velocity
(Selected)
Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum >
Wall Velocity > Option
Rotating
Wall
Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum >
Wall Velocity > Angular Velocity
6 [rev s^-1]
Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum >
Wall Velocity > Axis Definition > Option
Coordinate
Axis
Nonoverlap Conditions > Mass and Momentum >
Wall Velocity > Axis Definition > Rotation Axis
Global Z
11、生成边界条件
生成入口的总体压力10 psi边界条件：
（1）在Outline 树状视图中，右击StationaryFluid 并选择Insert-
>Boundary。
（2）将Name 设定为in 并点击OK。
（3）应用如下表格中的设定:
（4）点击OK。
生成出口静态压力位参考压力的出口边界条件：
（1）生成一个名称为out 的边界条件在StationaryFluid 域之中。
（2）应用如下表格中的设定:
（3）点击OK。
Tab Setting Value
Basic Settings
Boundary Type Inlet
Location Inlet
Boundary
Details
Mass And Momentum > Option Total Pressure (stable)
Mass And Momentum > Relative
Pressure
10 [psi]
Flow Direction > Option
Normal to Boundary
Condition
Turbulence > Option Medium (Intensity = 5%)
Tab Setting Value
Basic Settings
Boundary Type Outlet
Location Outlet
Boundary Details
Mass And Momentum > Option Average Static Pressure
Mass And Momentum > Relative Pressure 0 [Pa]
Mass And Momentum > Pres. Profile Blend 0.05
Pressure Averaging > Option Average Over Whole Outlet
12、设定求解控制
（1）点击Solver Control 按钮。
（2）应用如下表格中的设定:
（3）点击OK。
Tab Setting Value
Basic
Settings
Advection Scheme > Option High Resolution
Transient Scheme > Option
Second Order Backward
Euler
Transient Scheme > Timestep Initialization > Option Automatic
Turbulence Numerics > Option First Order
Convergence Control > Min. Coeff. Loops 1
Convergence Control > Max. Coeff. Loops 10
Convergence Control > Fluid Timescale Control >
Timescale Control
Coefficient Loops
Convergence Criteria > Residual Type RMS
Convergence Criteria > Residual Target 1.0 E −4
13、设定输出控制
对于瞬态结果文件进行求解输出控制，用于记录每个时间步长的压力、
速度等信息：
（1）点击Output Control。
（2）点击Trn Results 标签项。
（3）在Transient Results 列表项中，点击Add new item 按钮,设定Name
为Transient Results 1，再点击OK。
（4）对于Transient Results 1 应用如下的设定：
（5）点击Monitor 标签项。
（6）选择Monitor Options 。
（7）在Monitor Points and Expressions 中：
——点击Add new item。
——接受缺省的名称并点击OK。
——设定Option 表达式。
——设置Expression Value=massFlow()@in。
（8）点击OK。
Setting Value
Option Selected Variables
File Compression Default
Output Variables List
Pressure, Velocity, Velocity in Stn
Frame
Output Boundary Flows (Selected)
Output Boundary Flows > Boundary Flows All
Output Frequency > Option Every Timestep
14、写出CFX求解的*.def定义文件
（1）点击Define Run 按钮。
（2）应用如下的设定：
（3）点击Save。
CFX-Solver 管理器会自动运行。
（4）如果使用单独运行模式，可以单独的保存模拟文件（.Cfx）之后退
出CFX-Pre 模块。
Setting Value
File name ImmersedSolid.def
15、利用CFX-Solver求解器获得模拟计算结果
当在CFX-Pre 模块中完成模拟文件的定义之后，按照如下的顺序获得求
解计算的结果：
（1）在CFX-Solver 管理器中，确定Define Run 对话框处于显示状态。
如果是在CFX-Pre 中启动的CFX-Solver 管理器，则将自动出现Defined
Run 对话框并显示求解设定信息。
（2）点击Start Run。
求解器将开始运行并显示求解过程信息。
（3）点击User Points 标签项，他将在第一个求解时间步长计算完成后
出现，并可用于监视求解过程中Monitor Point 1 的求解变化状态。
（4）调整好显示比例，这样您可以看到在瞬态流场初始阶段质量流量随
时间周期振荡变化的过程。
——在User Points 部分的右击plot 并选择Monitor Properties 。
—— 在Monitor Properties 中:对于User Points 对话框，在Range
Settings 标签项中选择Set Manual Scale (Linear)。
——设定低边界为0.16，高边界为0.23。
——点击OK。
（5）当求解完成后选择进行后处理。
（6）如使用单独运行模式，选择Shut down CFX-Solver Manager 。
（7）点击OK。
16、在CFX-POST模块中进行后处理
该部分不再赘述，请读者自行参考帮组文件

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