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PumpLinx软件软件软件软件简介及其在核电用简介及其在核电用简介及其在核电用简介及其在核电用泵泵泵泵CFD仿真中的应用仿真中的应用仿真中的应用仿真中的应用北京海基科技发展有限责任公司北京海基科技发展有限责任公司北京海基科技发展有限责任公司北京海基科技发展有限责任公司2012年年年年11月月月月Hi-Key专业的泵、阀模板........................................................................................42.2.2PumpLinx高效的求解器................................................................................................52.2.3PumpLinx独特的专有网格技术....................................................................................52.2.4PumpLinx专业的空化与汽蚀模型................................................................................72.2.5计算结果的可靠性.........................................................................................................73.PumpLinx的应用范围的应用范围的应用范围的应用范围............................................................................................84.PumpLinx在核电用泵中的典型应用在核电用泵中的典型应用在核电用泵中的典型应用在核电用泵中的典型应用..................................................................134.1核电用单级轴流冷却水泵的仿真...................................................................134.2核电用离心泵仿真...........................................................................................154.3双吸离心泵仿真...............................................................................................164.4多级离心泵及其他应用仿真...........................................................................195.PumpLinx模块模块配置清单模块模块配置清单模块模块配置清单模块模块配置清单..............................................................................226.总结总结总结总结........................................................................................................................23Hi-Key仿真软件仿真软件仿真软件仿真软件的必要性的必要性的必要性的必要性随着世界工业发展水平和人类生活水平对能源需求量的不断提高，世界范围内，以石化燃料为主的一次能源逐渐枯竭；从现有的可再生能源看，水力资源开发难度逐渐加大；太阳能、风能等一时难以作为大规模能源补充，受气象和地理条件限制，开发能力有限。核电作为清洁能源，将备受关注，开发核能已成为当今解决能源问题的重要途径，因此核电用泵的需求和发展也将显著增长。目前核电用泵主要集中在核主泵、核二级泵、主给水泵、循环水泵等。对于泵类元件设计来说，主要是采用试验的手段。工程师在原型机的基础上，采用手册上的公式和以往的经验，根据具体型号的要求，设计出泵的类型、尺寸等信息，再加工出实物进行试验。试验员将出现的问题反馈给设计部门进行改进设计。这就意味着从设计到试验，再到产品满足要求，中间会出现多次的反复。而试验环节不仅成本高，周期长，而且由于试验手段的限制，对设计缺陷的诊断也很困难，对于如何改进往往无从下手。这样的设计流程通常跟不上型号的进度。问题的关键在于：在设计和试验中间，缺少一个过渡环节：数值仿真环节。该环节能较快的将设计方案进行数值模拟，确定泵内的流动状况、压力波动及空化现象。为工程师提供更直观、具体的信息，使方案的改进有据可依。数值仿真技术可以部分地取代试验，使验证工作转到了计算机虚拟平台上，减少试验的工作量。从而有效地降低设计成本，缩短设计周期，提高产品质量。随着计算机技术和数值算法的不断进步，数值仿真软件逐渐成为工程设计人员进行产品研发的得力助手。泵的CFD（计算流体力学）模拟就是利用现代CFD技术模拟泵的流量、扬程、轴功率、效率等参数。这样，在泵的设计阶段就可以了解泵的性能，避免设计失误，减少试验成本，缩短设计周期。因此，现代CFD技术已经成为广泛采用的设计技术。PumpLinx软件就是Simerics公司针对泵、阀、水下航行体等运动机械而专门开发的一款专业CFD软件，对于核电用泵的CFD模拟来说，PumpLinx具有更好的适应性、专业性和易用性。Hi-Key公司的产品。Simerics是一家美国的动力学软件/咨询公司，总部位于美国阿拉巴马州亨茨威尔市，它的使命是通过高效率、高精度的CFD仿真工具来支持您公司的研发。Simerics的团队由科学家和工程师构成，他们的核心成员早在1980年就是CFD软件开发和应用方面的先驱者。将他们的知识和经验与先进的计算物理、计算几何和软件工程相结合，给我们的客户提供了新一代的仿真工具。Simerics在CFD软件开发上坚持走面向企业用户的专业化道路，在CFD软件竞争激烈的工程机械行业迅速打开市场。目前美国Flowserve、伊顿、格兰富集团等都是PumpLinx正式用户；在国内，哈电、上海核工程研究设计院、佳木斯电机、船舶705所、湖南机油泵、江苏大学等单位均是PumpLinx的正式用户。2.2PumpLinx软件软件软件软件介绍介绍介绍介绍PumpLinx是美国Simerics公司特别针对泵阀及水下航行体等流体力学数值模拟而开发的一款CFD软件，它的目标是成为工程师最有力的数值模拟工具（预测空化、压力、流动及换热），帮助工程师更好的设计泵、阀及水下航行体等流体机械设备。2.2.1PumpLinx专业的泵专业的泵专业的泵专业的泵、、、、阀模板阀模板阀模板阀模板PumpLinx具备专业的泵阀模板，可快速完成计算模型及边界条件设置。模板针对不同类型的泵阀CFD模拟将对应的流程和规范内置到PumpLinx软件中，使CFD模拟的设置简单化，保证了计算的准确性和可靠性。PumpLinx可以求解比其它商用软件更多类型的泵阀等运动机械，PumpLinx当前包含以下设计模板：Hi-Key高效的求解器高效的求解器高效的求解器高效的求解器快速设置及计算：对于不同的泵配置，如离心泵或转子泵，已经通过可定制模块预编程到PumpLinx之内，几分钟之内就可以完成设置。至于计算速度，PumpLinx将最新的数值技术与Simerics的专有算法相结合，建立了一个比其它竞争对手更快速、更稳健的数值模拟工具。在泵类应用方面，PumpLinx通常比其它CFD代码快5倍。2.2.3PumpLinx独特的专有网格技术独特的专有网格技术独特的专有网格技术独特的专有网格技术PumpLinx包括一个自动化的网格生成器，它可以快速的生成CFD求解器可以高效求解的高质量网格。这个网格生成器采用专有的几何等角自适应二元树（geometryConformalAdaptativeBinary-tree）算法，既CAB算法，CAB算法在由封闭表面构成的体域生成笛卡尔六面体网格。在靠近几何边界，CAB自动调整网格来适应几何曲面和几何边界线。为了适应关键性的几何特征，CAB通过不断的分裂网格来自动的调整网格大小，这是利用最小的网格分辨细节特征的最有效方法。除此之外，PumpLinx也提供了一个自动化的结构化网格生成器，针对不同类型的容积泵（如齿轮泵、柱塞泵、滑片泵等一系列容积泵）而内置不同的结构化网格模板，一分钟之内即可生成不同类型泵转子的结构网格，极大地降低了网Hi-Key格划分的难度，显著提高了网格划分的速度。图图图图2.2PumpLinx自适应二叉树网格技术自适应二叉树网格技术自适应二叉树网格技术自适应二叉树网格技术PumpLinx的的的的网格网格网格网格技术特点如下技术特点如下技术特点如下技术特点如下：：：：高度自动化的网格生成及动网格模板：PumpLinx自动化网格生成能力能够使用户通过简单的两到三步快速的创建网格。通过二元细化和自适应技术来建立高效、高分辨率的网格，即使尺度差异悬殊的复杂几何也是如此。对于不同类型的转子泵，PumpLinx提供了专门针对泵转子部件的动网格模板，用户可在几十秒内完成转子区域结构网格的划分，大大提高了工程师的工作效率。图图图图2.3PumpLinx笛卡尔网格技术笛卡尔网格技术笛卡尔网格技术笛卡尔网格技术图图图图2.4PumpLinx结构化网格模板结构化网格模板结构化网格模板结构化网格模板精确表达原始几何：创建与曲面形状相匹配的网格，可以保证准确表达重要几何特征。CAB也可以自动增加网格密度来更好的分辨几何特征，用户可以直接设置曲面的网格密度或体网格密度来实现网格局部加密，直接控制网格质量。高质量/高效率的网格：CAB通常