Fluent｜离心压缩机计算

本案例演示利用Fluent计算离心式压缩机内部流程并实现参数化的一般流程。

1 问题描述

要计算的压缩机如下图所示。

其包含6个主叶片及6个分流叶片，只计算单流道模型，如下图所示。

流体介质为空气，叶轮转速155733 rpm，沿z轴旋转。

2 计算流程

• 启动Workbench，读取文件TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
• 添加Fluent模块，计算模块如下图所示
• 双击D2单元格进入Fluent

3 Fluent计算

3.1 General设置

• 进入General设置面板，保持默认设置

• 设置angular-velocity的单位为rev/min

3.2 Models设置

• 开启能量方程

• 选择使用SST k-omega湍流模型

3.3 Materials设置

• 指定密度为ideal-gas，指定粘度为sutherland

• Sutherland对话框采用默认设置。sutherland模型考虑了粘度与温度之间的函数关系，常用于气体。

3.4 计算区域设置

• 打开inlet区域设置对话框，激活选项Frame Motion，指定转速为**-155733 rev/min**

• 将inlet区域的参数**到另外两个区域

 

注：叶轮转速采用右手定则确定。

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3.5 设置周期边界

• 同时选中Boundary Conditions节点下的边界inblock-per1及inblock-per2，点击右键菜单Periodic...

• 打开的对话框中选择周期类型为Rotational，点击Create按钮创建周期边界

• 相同方式创建另外两对周期边界
• outblock-per1与outblock-per2
• passage-per1与passage-per2

检查网格如下图所示。

 

注：若出现报错，可以使用TUI命令/define/boundary-conditions/modify-zones/make-periodic手动创建周期边界。

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3.6 设置操作条件

• 打开操作条件设置对话框，指定操作压力为0 Pa

 

注：流体介质为ideal gas时，通常采用绝对压力进行计算。

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3.7 边界条件设置

1、inblock-inflow设置

• 修改边界inblock-inflow的类型为Pressure Inlet，指定入口总压为101325 Pa ，指定表压为99000 Pa

• 指定温度为288.15 K

2、outblock-outflow边界

• 修改边界outblock-outflow的边界类型为mass-flow-outlet ，设置Mass Flow Specification Method为Exit Corrected Mass Flow Rate
• 指定Exit Corrected Mass Flow Rate为New Input Parameter... 打开输入参数设置对话框

• 如下图所示，创建参数表达式ECMFperPassage，指定初始值为0.0083 [kg/s]

• 指定参考温度为288.15 K，指定参考压力为101325 Pa

3、壁面边界

• 同时选中边界inblock-shroud、outblock-shroud及passage-shroud，点击右键菜单Multi Edit...

• 如下图所示，设置这三个边界为绝对静止

• 其他壁面采用默认设置

3.8 定义报告

• 监测入口质量流量，注意激活选项Create Output Parameter

• 右键选择节点Named Expressions，点击右键菜单Import From File...导入表达式PressureRatio.tsv

导入后如下图所示。

tsv文件的内容为：

name    definition    description    input-parameter    output-parameter
"ave_ptot_in"    "Average(TotalPressure,['inblock-inflow'],Weight = 'MassFlowRate')"    ""    #f    #f
"ave_ptot_out"    "Average(TotalPressure,['outblock-outflow'],Weight = 'MassFlowRate')"    ""    #f    #f
"ptot_ratio"    "ave_ptot_out/ave_ptot_in"    ""    #f    #f

• 右键选择表达式ptot_ratio，点击弹出菜单项Mark as Output Parameter将表达式指定为输出参数

• 右键点击模型树节点Report Definitions，选择弹出菜单项New → Expression...

• 设置输出报告名称为ave_ptot_in，插入表达式ave_ptot_in，如下图所示

• 相同方式创建另外两个报告：ave_ptot_out及ptot_ratio

3.8 Methods设置

• 采用Coupled进行计算

3.9 初始化并计算

• 进入初始化面板，选择Hybrid Initialization，点击按钮More Settings...打开设置对话框

• 如下图所示，激活选项Use Specified Initial Pressure on Inlets，点击OK关闭对话框，返回至初始化面板，点击按钮Initialize进行初始化

• 指定迭代计算300 步

• 压比随迭代变化

• 出口总压随迭代变化

• 叶片上压力分布

关闭Fluent返回至Workbench。

4 参数化计算

• 双击Parameter Set进入参数化设置

• 当前的参数值如下图所示

• 如下图所示设计参数值

 

注：如要保留计算结果文件，可以勾选Retain列的复选框。

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• 点击按钮Update All Design Points进行计算

• 计算完毕后如下图所示，可以看到不同输入参数条件下对应的输出值

• 点击单元格Parameter Chart 0，设置x-axis与Y-Axis，如下图所示

• 绘制的图形如下图所示

 

链接：https://pan.baidu.com/s/1go-Px05TCgflfddoKnNBhg?pwd=hg9h 提取码：hg9h

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（完毕）