叶片泵过渡过程计算优化方法

过渡过程即运行状态瞬态变化过程，如离心泵开机启动过程和关机停泵过程就是最常见的过渡过程。由于启动过渡过程和停泵过渡过程在CFX中实现的思路相同，所以本例仅以启动过渡过程计算加以说明。过渡过程计算其实质也是非定常计算，大部分设置与非定常计算相同，这里不再赘述，但变量函数需要用户进行自定义（UDF），其具体操作如下：

1）函数自定义：过渡过程计算最重要的一步就是进行变量函数自定义。本节将在上节非定常基础上进行进一步设置。首先启动CFX，在CFX12.0 launcher界面上单击【CFX-Pre12.0】弹出【CFX-pre】界面，点击左上角的按钮弹出【open case file】文件选项框，根据文件路径找到上节中保存的.def文件并打开，详细操作如图4-43所示。

图4-43 启动CFX前处理

打开.def文件进入到CFX前处理界面，如图4-44所示。双击【Expressions】即可进入函数定义界面，本例中假定启动过程只有转速N为变量，即泵开机启动到转速稳定状态过程中只有转速随时间变化，转速随时间变化函数由实验测量数据拟合得到，函数表达式为：N=a+bx+cx²，式中x即为时间未知量，其中a、b、c为常数，a=1.35，b=0.05，c=0.32。进入到函数定义界面，右键单击【Expressions】插入公式，弹出【insert expression】对话框，即可输入公式名称，如N（转速），然后单击【OK】进行该函数的详细定义。

图4-44 启用函数定义

转速N函数定义如图4-45所示，将转速函数表达式在对话框中书写出来。函数书写时注意格式，否则CFX会提示错误。定义的转速函数由于后面已有单位，所以表达式里面涉及的时间变量是不能有单位的，必须对时间变量进行无量纲化。这里定义时间的无量纲函数为time，表达式如图4-45左下方所示，t为CFX中默认的时间变量，利用t/1[s]即实现了时间变量的无量纲化。表达式书写完成后点击【Apply】按钮，即可在函数公式列表中看到已定义好的函数。

图4-45 转速函数定义

函数定义还有一个很重要的作用就是可以在CFX求解过程中对设定的函数变量进行实时监测，如泵流体计算中经常需要监测扬程等变量，扬程函数定义如图4-46所示，在括号内输入两个相减运算的平面质量流量平均总压，CFX中用函数massFlowAve（ptotstn）@表示质量流量平均总压，用减号前面的@锁定出口界面，减号后面的@锁定进口界面，具体操作为：在两个@后面分别单击鼠标右键，弹出选择框，选择【Physics Locations】，再选择【2D】，图中出现最右边条目，分别选择出口截面（outlet）和进口截面（inlet）。式中Wden为计算流体密度，g为重力加速度。(www.xing528.com)

图4-46 扬程函数定义

2）函数调用：函数定义完成后，还需要将函数调用到相关设置处。转速函数应赋给泵叶轮，并利用扬程函数设置扬程监测点。图4-47为叶轮转速设置图，叶轮其余设置与非定常计算设置相同。首先在CFX前处理结构树上找到【flow analysis 1】下的流体域【IMPEL-LER】，双击打开编辑框，编辑界面如图4-47所示，在【Domain Motion】下的【Angular Ve-locity】右边单击，此时空白框中即可输入函数公式，在空白框中单击鼠标右键，选择【Expressions】选项，再在右边的条目中选择定义的转速函数N，单击下方的【Apply】按钮，转速函数调用完成。

监测点的设置有助于CFX求解过程中观察计算收敛性及准确性，扬程监测点设置具体操作如图4-48所示，双击结构树上的【Output Control】进行输出控制，进入设置界面，选择【Monitor】选项进行监测点设置，在【Monitor Points and Expressions】下面单击新建一个监测点，并在弹出的输入框中对监测点进行命名，监测点命名不能与公式中的命名相同，否则CFX会提示错误。这里给扬程监测点命名为“HEAD”，单击【OK】按钮，在出现的【Option】选项栏中选择【Expression】，并在下面的空白框中单击右键，并选择【Ex-pressions】，最后出现定义的函数条目，选择扬程函数，扬程监测点设定完毕，单击【OK】按钮，保存并退出设置。

图4-47 转速函数调用

图4-48 扬程函数调用

在普通非定常设置基础上完成函数调用之后，启动过渡过程前处理设置也就设置完毕了，运行文件保存及如何计算请参照4.2节非定常计算步骤。