CONVERGE令压缩机CFD仿真更简单、更精确、更快捷！【含视频】

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计算流体动力学工具如CONVERGE可对压缩机进行分析和优化，从而无需花费大量时间和金钱来制作和测试物理样机。通过CONVERGE的以下几种核心技术使您的压缩机模拟工作流程更简单、快捷、准确。

AMR网格加密策略

CONVERGE具有高鲁棒性的重要原因是其自适应网格加密（AMR）功能。此功能根据您在开始模拟之前设定的时间和空间范围在计算过程中实时对网格进行加密和释放。AMR有助于保持压缩机运动部件之间的狭窄间隙的网格分辨率，从而实现相关流场特征的可靠捕捉。

对于压缩机模拟，AMR特别适用于解析阀门周围的流场结构。由于这些地方存在狭窄的间隙，此时CONVERGE会自动提高网格分辨率，以响应速度、温度和其他重要变量的大梯度。

此外，还可以修改sub-grid scale（SGS）参数，以便对AMR算法的灵敏度进行更精细控制。如下面的视频所示，AMR能够准确地捕捉往复压缩机中流经阀门的射流现象。

网格收敛研究进一步证明了AMR的优越性。在本研究中，我们连续地细化网格，直到关注的参数达到收敛值（在本例中为排气阀升程和气缸压力这两个参数，如下图1所示）。进行网格收敛研究的方法之一是不断减小基础网格尺寸（从而增加单元数）。更合适的选择是修改AMR embedding scale，此时CONVERGE会在大梯度区域附近创建更精细的加密，从而更快达到收敛结果，总网格数也比较少。

图1 不同网格加密策略预测的排气门升程和缸压曲线

表1比较了图1所示的基本网格和AMR网格优化研究的单元计数和计算时间。最小的基础网格和最细的AMR加密级数都得到了收敛的结果。但是与最细的基础网格相比，使用AMR进行模拟所花费的时间和使用的总网格数都更少。

表1:不同网格策略下的网格数和计算时间

FSI模型考虑簧片阀变形

为了进一步提高压缩机计算的精度，CONVERGE包括流体-结构相互作用（FSI）模型。此功能允许您模拟大流量阀和簧片阀（存在于在往复式压缩机中）与流体介质之间的相互作用。从而准确地求解压缩机内簧片的变形过程，预测疲劳点。图2所示的往复压缩机采用一维固定梁模型来预测流体与结构的相互作用。

图2 往复式压缩机簧片阀模拟

自定义流体属性

在许多情况下，压缩机内的工作流体属性远离理想气体特性。在CONVERGE中，您可以选择不同的状态方程来表征工作流体的物理性质。除了理想气体定律外，CONVERGE还包括其它真实气体模型，如Redlich Kwong和Peng Robinson，以适合您的应用。

此外，还可以为工作流体提供自定义流体属性。您可以直接提供包含流体属性的表格数据文件，而无需将CONVERGE与第三方物性库链接。这些自定义属性包括粘度、热导率、压缩性等各种随温度变化的函数。

对大多数情况下（如以空气为工作流体时），选择理想气体定律作为状态方程的是适当的选择（如图3所示）。

图3理想气体定律适用于空气介质的例子

图4比较了通过几种不同方法计算的超临界二氧化碳的各种流体性质。在这些例子中，表格式（Tabular）流体性质与NIST数据最为接近，Peng Robinson状态方程次之。

图4：各种状态方程和表格数据与NIST数据的比较

       

综上所述，CONVERGE提供了多种独特的技术，可以很好的解决压缩机CFD模拟的困难，使您的工作流程更简单、便捷、可靠。

本文由IDAJ中国技术部Converge工程师翻译。欢迎联系交流!