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谈一谈CFX中旋转机械稳态仿真的冻结转子和混合平面模型

3月前浏览20384

 本文摘要(由AI生成):

文章主要介绍了旋转机械的数值仿真方法,特别是针对含有运动域的仿真。CFX提供了两种解决方案,分别是Frozen Rotor和Stage。Frozen Rotor适用于流体速度远大于交界面位置的机械转动速度时,计算量最小,计算成本最低,但牺牲了一定的计算精度。Stage适用于流速和机械转动速度量级相当时,精度有所提升,但计算量大于Frozen Rotor。Stage模型与Frozen Rotor模型相比,要求更多的计算资源,计算精度有所提升,因此推荐适用Frozen Rotor 获得一个近似解作为初场数据,然后采用Stage计算方法以获得更好的计算结果。

       旋转机械的数值仿真具有诸多特殊之处,比如,旋转机械一般具有转动的转子叶轮和静止的静子叶轮,出于设计考虑往往动静叶片数不等且互为质数。

        针对含有运动域的仿真,CFX的解决方案是利用参考系运动的稳态仿真方法,对于动静叶片数不等的解决方案,在减小计算成本的前提下,动静各自取了单周期的网格,即存在了交界面数据传递的问题了,在稳态仿真时CFX时怎样解决的呢?

         稳态求解计算时,ANSYS CFX给出了两种解决方案,一是Frozen Rotor“冻结转子法”,二是Stage“级间平均法,也称混合平面法”,很多朋友在在两种方法的选择上存在很多疑惑,现就上述两种方法进行一下讨论。

 FrozenRotor:

         坐标系改变,但转子与定子之间的相对位置不变,参考坐标系之间不考虑旋转的相互影响,相当于准稳态计算。在冻结转子模型下,组件间是有个固定的相对位置的,但是可以考虑坐标的变换和节距(360/叶片数)的改变的。冻结转子模型可以这样理解,静止域“观察” 旋转部件是处于一个固定的位置。

        该种方法适合于流体速度远大于交界面位置的机械转动速度时(即转速较慢),此模型计算量最小,计算成本最低。

        该模型具有一定的适用性,当交界面上的通流速度相对机器旋转速度较大时,此模型误差较小。在参考坐标系变化时,交界面上的瞬态影响不予考虑,虽减小了计算成本但也牺牲了一定的计算精度。再者就是需要上下游节距比Pitch ratio尽量为1,以最大程度的减小误差。

  Stage:

        混合平面法则在交界面上使用周向平均的方法,考虑时均作用,未考虑瞬态影响,相比冻结转子方法,精度有所提升。

        该方法对多级旋转机械,可以进行稳态计算,并考虑了动静交界面上的混合损失,相当于假定组件间的物理混合(当组件之间的相对运动足够大时,上游的速度分布在进入下游组件之前就进行了混合)。混合平面法适合于流速和机械转动速度量级相当时(即转速较快)的场合,该模型计算量大于Frozen Rotor,此模型型适合于多级旋转机械的计算。

         Stage模型与Frozen Rotor模型相比,要求更多的计算资源, 计算精度有所提升,因此推荐适用Frozen Rotor 获得一个近似解作为初场数据,然后采用Stage计算方法以获得更好的计算结果。

         需要说明的一点是,混合平面法不需要节距比Pitch ratio接近1,但不能太大,太大时会导致精度大大下降。

         冻结转子和混合平面在各自的适用范围内,均能对叶轮机械流场进行精确的仿真,计算时,大家可以按照自己的算例和叶轮机械的特点进行使用。

CFX旋转机械
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首次发布时间:2019-09-16
最近编辑:3月前
龙老师Turbo
硕士 | 研发设计主任... 新时代仿真人
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未登录
5条评论
E小师
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7月前
请问不考虑静子时的混合平面法里,节距是如何处理的?就是在仿真中,有转静交接面,但是没有静子的网格,比如来流进口是静止区域到转子的动区域之间?
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3年前
写的很透彻
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夏日冬泥
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3年前
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饼病兵
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3年前
4
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Spinach
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4年前
好文{d83d}{dc4d},mark下。
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