NUMECA如何仿真计算带蜗壳离心叶轮机械

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。

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。

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）。