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NUMECA如何仿真计算带蜗壳离心叶轮机械

5月前浏览9154

本文摘要(由AI生成):

本文探讨了使用NUMECA软件计算带蜗壳的离心式叶轮机械的方法。首先,作者介绍了在Turbo中利用autogrid划分叶片部件的六面体结构网格的经验,并指出离心式叶轮机械与轴流形式的主要区别在于蜗壳的存在。作者强调了蜗壳六面体结构网格划分的复杂性,以及使用igg软件时的挑战。然而,NUMECA提供了非结构网格解决方案,包括FINE/Open全二阶精度非结构化网格求解器和Hexpress全六面体非结构化网格生成器。作者提出了一种在Turbo中生成叶轮部分结构网格,在Hex中生成蜗壳部分非结构网格,然后在Open中计算并在CFview中进行后处理的解决方案。该方案相较于其他CFD软件,如Fluent、Star CCM、CFX等,具有autogrid划分叶轮六面体结构网格的强大和FINE/Open加速收敛技术的优点。然而,该方案的资料较少,入门稍难,使用者相对较少。


老师,NUMECA如何计算带蜗壳叶轮机呢

笔者使用NUMECA FINE/Turbo(以下简称Turbo)软件解决叶轮机械气动性能仿真计算已有四年多,前期做的比较多的也就是轴流形式叶轮机械。

去年开始至今年(2020年),笔者开始在做离心形式的叶轮机械了,离心式叶轮机械与轴流形式最大的区别就是,离心式带有一个蜗壳。

蜗壳还算是一个几何较为复杂的非叶片部件了,在Turbo中,autogrid用以划分叶片部件的六面体结构网格,而非叶片部件六面体结构网格只能用igg来划分,因为Turbo本身就是一个全二阶精度结构网格求解器。

蜗壳的六面体结构网格划分,无论利用何种软件,都是一种耐心和毅力的挑战,igg也不例外。特别是在多块的内部边界条件定义,还是和叶轮网格装配后的边界条件定义,操作起来也是够烦的。有时为保证网格质量,块的数量多起来,边界多起来后,可能存在求解器数值传递时的不通畅,最终导致求解不顺,残差不能有效下降甚至易上扬发散。

这并不代表Turbo模式下的igg、autogrid对离心叶轮机械是束手无策的,igg对于非叶片部件的网格划分,能力是有目共睹的,特使是对于几何较为简单的冷却孔等结构。

然而,在用Turbo处理带有蜗壳的离心式叶轮机械时,有可能会让你尝到痛不欲生的滋味。

NUMECA号称叶轮机械最佳解决方案,不是吗?那么如何轻松解决离心叶轮机械仿真计算呢?

答案是非结构网格解决方案。很多人可能都不了解,igg、autogrid不都是划分结构化网格,Turbo是全二阶精度结构网格求解器吗,哪来的非结构化求解方案呢?各位客官不要急,且听笔者娓娓道来。

NUMECA公司开发了一系列的解决方案,软件体系也够庞大的了,只是平时我们见得比较多的是Turbo对叶轮机械的解决方案。这里跟大家要说说全二阶精度非结构化网格求解器FINE/Open(以下简称Open)和全六面体非结构化网格生成器Hexpress(以下简称Hex)。

Open在NUMECA体系中,被定义为“多物理场通用CFD求解器”,在NUMECA软件战略发展体系中的地位不言而喻,未来发展趋势即是多物理场的耦合计算(这不代表Turbo就没地位了,Turbo在叶轮机上的autogrid解决方案近乎完美,业界绝对首屈一指)。

有的同志会问了,Turbo有多重网格加速,CPUBooster技术,非线性谐波函数法等技术加持,满血运行情况下,非常快速可靠的求解叶轮机内部流动信息,Open能做到吗?

答案是,能做到,而且做的也不差。

Open使用的是多重网格加速技术为控制体聚合(Control VolumeAgglomeration),同样具有CFL数为1000的CPUBooster技术,以及NLH非线性谐波函数方法,这么优秀的非结构网格求解器,真的少见。


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Hex是一款高度自动化的全六面体非结构化网格生成器,采用了先进的由体到面的网格生成方式,通过设置几个参数、点几次鼠标,就可以对复杂的模型生成高质量的贴体网格。


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那么,NUMECA中比较好的带蜗壳离心机的解决思路是怎样的呢?

首先,在Turbo中的autugrid里生成叶轮部分的全六面体结构网格(快捷、高效、质量高、网格数少)。然后,在Hex中生成蜗壳部分的全六面体非结构网格(快捷、高效、质量高)。再然后,在Hex中将叶轮网格导入,设置好边界条件。最后在Open中计算,用CFview进行后处理。

有同志会问了,和Fluent、Star CCM、CFX等相比,这个解决方案有什么优点啊?优点当然有,不然早就被市场淘汰了。

Autogrid、Hexpress、FINE/Open解决带蜗壳叶轮机的优点在于,autogrid划分叶轮六面体结构网格的强大(几何灵活、功能强大),FINE/Open加速收敛技术。可能主要的缺点就是,资料较少,入门稍难,使用者少(主要还是集中在航空航天比较大的叶轮机械单位,众多的民营单位还有其他单位大部分都是使用ANSYS或Star CCM)。





Fidelity流体基础旋转机械湍流
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首次发布时间:2020-03-31
最近编辑:5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
2条评论
尹熙文
好好学,好好看
3年前
卢老师尽快出课程啊
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璇
签名征集中
3年前
请教下轴流风机用的哪种软体仿真出完整的性能曲线和噪音
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