离心压气机转子数值模拟培训教程学习教案

会计学1离心压气机转子数值模拟培训教程离心压气机转子数值模拟培训教程第一页，编辑于星期二：十点 五十五分。n第1页/共143页第二页，编辑于星期二：十点 五十五分。第2页/共143页第三页，编辑于星期二：十点 五十五分。第3页/共143页第四页，编辑于星期二：十点 五十五分。n选择对应的流体属性；n如理想气体、实际气体、水n采用合理的边界条件；n根据具体条件或实验，设定进、出口条件、固壁边界n流场求解；n选择数值方法、收敛准则等n计算结果处理和显示。n制做各种定性、定量物理量图线第4页/共143页第五页，编辑于星期二：十点 五十五分。1. 网格生成工业问题2. 给定流体特性3. 给定边界条件4. 流场求解5. 数据处理及演示Backflow第5页/共143页第六页，编辑于星期二：十点 五十五分。：在非定常条件下求解NS方程及所有尺度的湍流涡旋网格非常密（约为RANS的105倍）LES：在非定常条件下求解“过滤”后的NS方程及最大的涡旋而模拟小的涡旋网格较密（约为RANS的100倍）RANS：求解“平均的”NS方程而模拟所有的湍流涡旋，网格的数量级为几十万到几百万 （可在较好的PC机上实现）势流、（两类相对流面理论）、无粘/粘性流、定常/非定常、雷诺平均NS方程+湍流模型（RANS），大涡模拟（LES），NS方程直接解（DNS）第6页/共143页第七页，编辑于星期二：十点 五十五分。第7页/共143页第八页，编辑于星期二：十点 五十五分。第8页/共143页第九页，编辑于星期二：十点 五十五分。准备工作u用三维绘图软件用三维绘图软件PRO/E、UG、SOLIDWORKS.等绘制要计算的叶轮三维图或子午面图，并将这些图存为等绘制要计算的叶轮三维图或子午面图，并将这些图存为.igs或或.iges格式的文件。格式的文件。u 没有三维绘图功能的没有三维绘图功能的CAD无法绘制或打开无法绘制或打开.igs文件，要通过文件，要通过proe、UG等转换成等转换成DWG格式格式才能打开。才能打开。Fine只能打开只能打开.igs或或.iges格式的文件。格式的文件。Iges（initial graphics exchange specification）是业界通用三维数据（点，线，面等）的一种交换标准。但转换时有时容易破面。）是业界通用三维数据（点，线，面等）的一种交换标准。但转换时有时容易破面。 第9页/共143页第十页，编辑于星期二：十点 五十五分。准备工作u2. 打开打开FINE界面界面(开始开始程序程序NUMECA software fine74_1 FINE)u3. 选择创建一个新的工程文件（选择创建一个新的工程文件（Create a New Project），命名为。），命名为。u4. 在弹出的网格选择对话框中，选择在弹出的网格选择对话框中，选择Create Grid File来打开来打开IGG窗口。窗口。第10页/共143页第十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。第11页/共143页第十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。STEP 1STEP 2STEP 3STEP 4STEP 5STEP 6STEP 7STEP 8生成默认的拓扑结构 自动生成准备几何数据定义/导入几何参数，定义叶片参数子午面控制 人为设置叶片 叶片控制 人为设置生成三维网格 检查网格质量保存网格及模板第12页/共143页第十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。几何数据的准备有两种方法，一种是通过AutoGrid专用的几何文件格式准备为GeomTurbo文件，另外一种方法是通过IGG从三维模型中提取所需的几何型线及面。一般工程中都是从图纸开始准备，因此这里着重介绍第二种方法。基本思路：在CAD作出的图形中，叶片型面可能是由很多个小面组成，组成面的弧线通常也会由若干段弧线拼成。而用在AutoGrid中的几何，希望叶片不同截面(根部、顶部)的型线控制点数尽可能相同或相似，这样可以减小或消除几何上的误差。因此，通常需要对已有的型线进行重新描述。常用的方法是贴网格面，通过控制网格点数及分布来控制几何线的控制点数及分布。由于叶片通道是周期性的，每个流道内的流动情况都相同(只计算叶轮通道，不考虑下游涡壳不对称性对叶轮内流动的影响)，因此计算的时候只需计及一个通道即可。故可选任一长叶片及其相邻的短叶片作为取型及计算对象。第13页/共143页第十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。第14页/共143页第十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。注意：AutoGrid中，叶轮的旋转轴必须是Z轴，如果在CAD作图时选的轴不是Z轴，需要进行旋转操作，以符合AutoGrid的要求。第15页/共143页第十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。重新打开一个只画有一片叶片的文件，如图。点击屏幕左侧上方快捷面板中的“Insert New Face”。做出一个网格面。按图示顺序确定该网格面的两个顶点。刚画完时按ESC键可以取消。4.24.34.1第16页/共143页第十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。每个网格块由六个面组成。一个面（Face）可以由一个或多个片（patch）组成。一个面由四个边（edge）组成。一个边可以由一个或多个线段（Segment）固体周期周期一个面分成三个片一个网格块内可以插入若干个内部网格面一个网格面内可以插入若干个内部网格线第17页/共143页第十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。将网格面的顶点拖至长叶片压力面的四个定点上。点一下网格面，线会变粗，顶点会显示为方块。点一下顶点，松开左键，顶点就会随着鼠标移动，拖至合适的地方，点一下即可。此时不满意时怎样取消该面？随时保存 如果叶片沿某一方向是由一条线确定的，那么网格面的边会自动贴附到几何线上。但是在本算例中，叶片绘图时是由几段线段组成，因此，需要在每一个线段连接点处插入点来使网格边和几何边贴合。选择屏幕左上方快捷面板中的”Insert vertex”(插入顶点)，会有一个顶点出现，将其放至网格面的边上，点一下，然后松开左键，这个点就会随着鼠标移动，当其移动到线段连接点时，点一下松开即可。为了方便，可以把图形放大再操作。加的位置？顶点的数目？数目对划分网格和计算结果有否影响？对边加的数目是否需要一致并对称？ 贴好的网格面如图所示。第18页/共143页第十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。第19页/共143页第二十页，编辑于星期二：十点 五十五分。调整网格数目（目的：控制几何线的描述）：左键点击选中需要调整的网格边（该边变为黄色），右键选择SegmentSet Number of Points,在弹出对话框中将网格数目设置为61，点击Apply后关闭对话框。用同样的方法调整另一条边数目为21。 这样，该长叶片压力面就由一个6121的网格面表述出来。第20页/共143页第二十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。查看生成的网格面：快捷面板 View/Grid/Toggle Face Grid投影网格面至原始几何面（目的：使网格面和原始几何面完全贴合）9.1 用选面模式选中原始叶轮压力面（由若干个面组成，选中后面的四条边显示为红色）9.2 点击快捷面板中的“Project Face”（Generate下面）9.3 点击Apply确定9.2第21页/共143页第二十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。第22页/共143页第二十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。用贴好的网格面生成几何面：在左侧的快捷面板中，点击From Face Grid，则会生成一个和网格面重合的几何面。取消网格面及边的显示。10第23页/共143页第二十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。在选面模式（ctrls）下，按下小写字母a，释放所有选中的面，然后鼠标点击选中刚才生成的面（可在该面位置用鼠标中键切换不同的面）。用GeometryModify Surface Representation（画像，表示法），将选中的面沿叶高方向描述为5条曲线。在下方的输入栏中输入（5 2），回车确定。如果这时分不清哪个是叶高方向，可试着输入，如果得到的不是沿叶高方向分布的5条线，可继续执行该操作，将输入栏中的数字顺序颠倒即可）。12.取消面的选择，通过右键激活选线模式（Select Curves），从叶根至叶顶，依次选中这5条线，使用Geometry Create Surface lofted命令，生成loft形式的面。第24页/共143页第二十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。通过Geometry View Surfaces，显示刚才生成的面（lofted_2）通过选面模式选中该面，用FileExportGeometry Selection将选中的面输出为PS1.dat,作为长叶片的压力面。15.用同样的方法将长叶片的吸力面及分流叶片的压力面、吸力面分别输出为，, 。（每次选择面前，需要按释放先前所选的面。）叶片的取型到此完成。下面需要取出子午面的型线。通过通过Geometry View Surfaces，显示所有几何面18.用同样的方法将长叶片的吸力面及分流叶片的压力面、吸力面分别输出为，, 。（每次选择面前，需要按释放先前所选的面。）第25页/共143页第二十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。重新打开一个IGG工程（ File New ），输入子午面文件（.IGES格式）。由于CAD中的端壁线不完整，需要对HUB（中心）和Shroud（覆盖物）进行修补。具体的方法是沿原始端壁的走向用C样条曲线做出所需的端壁线。第26页/共143页第二十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。点击左侧快捷面板Geometry Curve CSpline，按照图示的起点开始画起，通过若干个中间控制点，画出一条和原始Hub线重合的线条（黄色所示）。通过 FileExportGeometry Control Points将该线输出为hub.dat,作为轮毂线（默认处于激活状态）HUB起点终点第27页/共143页第二十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。通过选线模式取消HUB线的选择。用同样的方法画出Shroud线。通过 FileExportGeometry Control Points将该线输出为shroud.dat,作为轮盖线SHROUD起点终点第28页/共143页第二十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。第29页/共143页第三十页，编辑于星期二：十点 五十五分。从IGG切换至AutoGrid模块启动AutoGrid后，会出现一个对话框，记录了以前保存过的文件。用户可以直接选择打开。如果列表中没有所需的文件，可以通过按钮2选择打开。如果是第一次启动AutoGrid，那么这个区域则是空白的。26.1 关闭该对话框。2第30页/共143页第三十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。AutoGrid 5 主界面：工具栏快捷面板叶片- 叶片视图菜单栏子午视图3维视图消息栏特性区第31页/共143页第三十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。叶片排定义区域 : 树型特性显示区域几何定义区域 : 编辑几何数据网格控制区域 : 控制网格生成的主要参数查看区域 : 查看工具网格参数区域 : 显示网格信息快捷面板：第32页/共143页第三十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。在左侧快捷面板Geometry Definition中打开Import CAD窗口。用户可以在这个窗口中定义Hub，Shroud，Blade（Pressure Side、Suction Side）以及子午效应、3D效应等。打开先前生成的hub.dat, shroud.dat, PS.dat, , , 。 （File Open ）在叶片排参数定义过程中，必须保证该叶片排处于激活状态，即显示为图示红色！第33页/共143页第三十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。定义HUB，SHROUD。29.1 IGG中的线段是有方向的，要使AutoGrid能正确调用，每一条线的方向必须是从进口指向出口，从叶根指 向 叶 顶 。 选 中 所 需 要 的 线 （Geometry Select Curves,黄色为选中，青色为未选中），查看线段的方向（+o），如果发现有方向不对的线，用Geometry Modify Curve Reverse工具将该线反向。本例中在画HUB和SHROUD线时都是从进口指向出口，因此不存在反向问题。第34页/共143页第三十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。29.2 左键点击任意空白处，释放两条线的选择。29.3 点击选中Shroud线（变为黄色），点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Link to Shroud 。在AutoGrid主界面子午视图中会出现Shroud 的型线。注意：Shroud（Hub）也可用多条线段定义，但在选择指定的时候，选择的顺序必须是从进口到出口！第35页/共143页第三十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。29.4 点击任意空白处释放Shroud线的选择29.5 点击选中Hub线，在右键弹出菜单中，选择Link to Hub。Hub和Shroud定义完后，AutoGrid会自动将两条线的端点连接，并将所围成的区域设定为计算域，以蓝色表示。第36页/共143页第三十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。定义长叶片。30.1 将鼠标移近长叶片压力面，当出现蓝色网格面的时候，左键点击。这时该面的四条变为黄色，表示被选中。点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Link to Pressure Side。这一操作将在AutoGrid主界面子午视图中定义出叶片的压力面。定义完成后，左键点击任意空白处，面的四条边恢复成青色，表示该面的选择被释放。30.2 用同样的方法定义长叶片吸力面(Link to Suction Side)。注意：只有在叶片前缘和尾缘都是钝头的情况下需要分别link pressure side和suction side，只要有一个是圆头，则只需同时选中吸力面和压力面，link to blade！第37页/共143页第三十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。定义前缘、尾缘位置。31.1 选择长叶片进口处任意一条线（ Geometry Select Curves ），右键选择Link to Leading Edge31.2 用同样的方法选择长叶片出口处任意一条线，右键选择Link to Trailing Edge到此为止，大叶片的定义全部完成。由于该叶轮是半开式，叶片顶部和轮盖间存在间隙，故叶片和轮盖并不相交。这时，AutoGrid会弹出一个右图所示的提示框。关闭即可。第38页/共143页第三十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。定义分流叶片。32.1 在左侧快捷面板中，左键激活row 1，右键打开弹出菜单。选择Add Blade。32.2 激活splitter 1，按照长叶片的方法，在Import CAD窗口中定义分流叶片的吸力面、压力面、叶片前缘、尾缘。32.132.2同大叶片一样，在小叶片定义完后，会弹出一个提示框，提示叶片和端壁没有相交。定义几何单位。33.1 在左侧快捷面板几何定义菜单下，将几何单位设置为Millimeters第39页/共143页第四十页，编辑于星期二：十点 五十五分。叶片延伸34.1 激活Main Blade，在右键弹出菜单中选择Expand Geometry。34.2 在Hub栏下选择expand，设置，。表示将Hub线先向内移动，保证Hub和叶片有交线；再向外移动，将叶片延伸至该处。34.3 在Shroud栏下，分别设置Cut offset1，Extent offset1。34.4 点击Apply确定。34.5 激活splitter1，用同样的参数将小叶片延伸。AutoGrid在生成网格时，要求叶片和端壁必须有交线，否则网格不能正常生成。因此，必须对叶片进行延伸。这一操作只是为了满足网格生成的需要，延伸出的部分会被端壁及间隙所切割，不会改变真实几何。34.1第40页/共143页第四十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。所有的几何定义完全后，在计算域的前后会出现两条线，表示计算域的进口位置和出口位置。如果定义不完全，那么这两条线将不会出现，因此可通过这种方法检验几何定义是否完全以及正确。第41页/共143页第四十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。关闭Import CAD窗口。按照图示调整进出口位置。默认的进出口位置是hub和shroud两端点的连线，用户可根据需要或实际的物理情况对其位置及形状进行调整。控制点控制方法：鼠标拖动: 将鼠标移至进(出)口上,当进(出)口线变为黄色时,左键确定.这时会出现若干个控制点,鼠标移至控制点时,该点会变成黄色,左键点击该点后,即可自由拖动。精确定位：当控制点变成黄色后，点击鼠标右键，则会弹出文本框，用户可输入其（R,Z）坐标进行定位。当进(出)口线变为黄色时，点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Properties，在Shape栏中定义所需位置及形状。第42页/共143页第四十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。左键激活row1（变为红色），在右键单击弹出的菜单中选择Properties。在弹出的对话框中，输入 Periodicity（叶片数）6，Rotational Speed（转速）60000 rpm， 选择Impeller，Centrifugal。关闭该对话框。NUMECA中，转速有正负之分。可用右手法则来判断。四指的旋向和叶轮转动方向相同，大拇指的指向和Z轴正方向相同，则转速为正，反之则为负。第43页/共143页第四十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。定义叶顶间隙。40.1 激活row1，在右键弹出的菜单中选择Define Shroud Gap。40.2 在弹出的对话框中，按下图数值定义叶顶间隙尺寸。每输入一个数值，必须按确定。40.3 关闭该对话框。间隙设定：间隙设定：v间隙既可以是根部间隙，也可以是顶部间间隙既可以是根部间隙，也可以是顶部间隙，分别对应隙，分别对应Hub Gap和和Shroud Gap.v间隙的尺寸单位和叶型数据单位相同。用户在进行间隙的尺寸单位和叶型数据单位相同。用户在进行其他算例的网格生成时，需额外注意叶型尺寸的单其他算例的网格生成时，需额外注意叶型尺寸的单位，这样方可确定应当给定的间隙尺寸的单位是米位，这样方可确定应当给定的间隙尺寸的单位是米、厘米还是毫米。、厘米还是毫米。v间隙中展向网格的数目包含在展向总网格数中。间隙中展向网格的数目包含在展向总网格数中。vAutoGrid中支持三种方式定义间隙：中支持三种方式定义间隙： a.间隙尺寸不变。此时只需指定前缘和尾缘的间隙尺寸间隙尺寸不变。此时只需指定前缘和尾缘的间隙尺寸为相同值即可。为相同值即可。 b.间隙尺寸线性变化。此时需分别指定前间隙尺寸线性变化。此时需分别指定前缘和尾缘的间隙尺寸，缘和尾缘的间隙尺寸，AutoGrid会根据会根据这两个尺寸值进行插值确定间隙尺寸这两个尺寸值进行插值确定间隙尺寸的变化规律。的变化规律。 c.间隙尺寸是随意的变化形式。此时可通过间隙尺寸是随意的变化形式。此时可通过Defined Shape来引入定义间隙根部的型来引入定义间隙根部的型线即可。线即可。Step2：定义叶片参数第44页/共143页第四十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step3：生成默认拓扑结构在左侧快捷面板Mesh Control下，选择Coarse。（一般来说，为了保证数值模拟的精确性，网格越密越好，通常都选择Medium作为基准网格。本例只做演示使用，为了节省时间，故选择了最粗糙的网格Coarse）计算壁面第一层网格尺度 ywall为壁面第一层网格大小，单位m； Vref为参考速度，单位m/s； Lref为参考长度，单位m； 为流体的运动粘性，单位m2/s; Y+为无量纲量，对应不同的湍流模型，有不同 的取值范围。 这里，Vref取叶轮出口速度177.5 m/s；Lref取叶轮半径0.02825 m；取1.4310-5m2/s; Y+取5，计算得到ywall110-5 m。由于本例中的几何单位是mm，故这里需要将单位转换为mm。因此，最后得到的第一层网格尺度为。42.1 将Cell Width设置为，确定第45页/共143页第四十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step3：生成默认拓扑结构点击（Re）set Default TopologyAutoGrid会根据选择的网格层数及第一层网格大小，自动生成一个网格拓扑结构。一般来说，这个默认的网格拓扑结构都可以获得一个比较满意的网格。当然，用户也可在此基础上根据需要对网格进行调整。调整的内容包括两个方面，一个是子午面，一个是叶片叶片（B2B）。第46页/共143页第四十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。H网格H-I网格H-O-H网格第47页/共143页第四十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。O 网格嵌套网格第48页/共143页第四十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。H网格蝶型网格叶顶间隙第49页/共143页第五十页，编辑于星期二：十点 五十五分。Skin网格第50页/共143页第五十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。子午面控制包括调整叶高方向网格数目，分布，以及间隙内的径向网格数目及分布。这里可不进行任何调整，使用默认拓扑结构设定的参数。Step4：子午面控制第51页/共143页第五十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step5：叶片叶片控制叶片叶片控制包括调整网格拓扑形式、周向、流向网格数目以及间隙内O网格数目。这里也不做任何修改，使用默认拓扑结构设定的参数。第52页/共143页第五十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：生成三维网格点击工具栏中的Generate 3D，在弹出的窗口中点击yes确认三维网格生成。第53页/共143页第五十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。v最终生成的网格，不能存在负最终生成的网格，不能存在负网格，否则计算无法进行。网格，否则计算无法进行。v原则上，最小正交性角度越接近原则上，最小正交性角度越接近90越好；最大网格长宽比越接近越好；最大网格长宽比越接近1越好；最大网格延展比越接近越好；最大网格延展比越接近1越好越好。但实际中，很难得到三者兼。但实际中，很难得到三者兼得得网格质量，所以一般推荐得得网格质量，所以一般推荐： 最小网格正交性角度最小网格正交性角度5 最大网格长宽比最大网格长宽比5000 最大网格延展比最大网格延展比2）。50.3 激活Mesh项。将间隙内的网格数（Number of Point in Clearance O-mesh）设置为5。50.4 关闭该窗口。第66页/共143页第六十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。在row1下激活Splitter1。打开B2B Mesh Topology Control窗口。用同样的步骤按右图参数调整短叶片的网格。在工具栏中点击Generate B2B按钮，更新B2B网格。网格调整：叶片叶片控制第67页/共143页第六十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。NUMECA为了加速收敛，采用了多重网格技术（详细介绍参见FINE计算设定中数值模型，即Numerical Model部分）。而多重网格的层数是通过网格数目来确定的。因此，为了满足计算时能够采用多重网格，在设置网格数目时就要满足一定的要求。如：17241，min（n）4，即满足5重多重网格。 61252423221，min（n）2，即满足3重多重网格。附：网格数目调整原则12 n（n 2）多重网格的层数为：min（n）1在IGG/AutoGrid中，用户可以方便地通过网格输入框右侧的箭头选择网格数目，以保证其符合多重网格的要求。第68页/共143页第六十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。网格调整：叶片叶片控制调整网格光顺步数。光顺步数越大，网格过渡越圆滑，但是网格生成所需的时间也越长。用户可尝试改变光顺步数（0，50），更新B2B网格后观察网格的变化。本例使用默认值100。重新生成三维网格。可以看到经过调整，网格质量有所提高。重新保存网格。至此，网格生成部分已全部完成，下面进行计算设定。第69页/共143页第七十页，编辑于星期二：十点 五十五分。带分流叶片离心压气机计算设定操作及示例第70页/共143页第七十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。FINE/Turbo主界面信息区图标栏菜单栏计算设定区计算管理区从AutoGrid中切换至FINE界面：You are now back to FINE graphical user interface！第71页/共143页第七十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。选择工作介质设定流动模型创建/打开项目，链接网格文件创建/重命名/删除计算名称否STEP 1STEP 2STEP 3STEP 4STEP 5后处理: CFViewTM收敛 ?是设定边界条件开始计算(挂起/重新开始计算)设定数值参数 (可选)设定求解初场设定输出变量设定控制参数STEP 7STEP 8STEP 9STEP 10STEP 11STEP 6设定转动部件第72页/共143页第七十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step1：链接网格点击选择网格文件按钮，指定前面生成的网格文件（）。设定网格属性（Millimeter，Cylindrical，3 Dimensions）。如果在设定完成后，需要变更网格属性，可通过菜单Mesh Properties修改。如果需要变更网格文件，可通过文件夹按钮来指定。第73页/共143页第七十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step2：创建或更改计算名称2.1 为计算更名：点击计算名（变为蓝色高亮度框）单击鼠标右键，选择Rename或者在顶部菜单中单击Rename输入新的计算名并回车确定2.2 创建或复制当前计算：点击计算名（变为蓝色高亮度框）单击鼠标右键，选择New-Duplicate或者在顶部菜单中单击New输入新的计算名并回车确定2.3 删除当前计算：点击计算名（变为蓝色高亮度框）单击鼠标右键，选择Remove或者在顶部菜单中单击RemoveOK确认。该操作可得到一个与原有计算完全相同的计算，对于进行变工况非常适用，用户只需要改变几个参数即可，其他完全不用改变。第74页/共143页第七十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。uParameters Configuration Fluid Model (双击)3.1 选择AIR（Perfect）作为工作介质（单击，变为蓝色高亮度框为选中）用户可以在已有的流体列表中选择相应的工作介质。如果列表中没有需要的流体，可以通过Add New Fluid来定义新的流体。第75页/共143页第七十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step4：设定流动模型uParameters Configuration Flow Model (双击)4.1 选择Steady选项（定常计算）4.2 选择Turbulent Navier-Stokes方程组及Spalart-Allmaras湍流模型4.3 定义参考长度：Length=0.02825m, Velocity=177.5m/s, Density=1.2kg/m3, Temperature=293K, Pressure=101300Pa.参考长度是用来计算雷诺数（Reynolds）的，对收敛性和计算结果等没有任何影响。为了简便起见，这里的取值和网格生成时计算y+所用的值保持一致。第76页/共143页第七十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。对层流流动： 未知量为：密度r、三个速度分量和温度。 压力可由状态方程求出。理想气体的状态方程为控制方程TRp六个未知数、六个方程，方程封闭QFFtUVI对湍流流动： 假设任何流动参数其时均值其脉动值 对NS方程进行时均处理后 RANS方程新的未知量:雷诺应力张量方程不再封闭采用湍流模型封闭方程第77页/共143页第七十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。零方程模型BaldwinLomax（简称BL模型） 特点：简单易用，可用于附着流动和小的分离流动。往往过度模拟分离流动。一方程模型Spalart-Allmaras模型（简称SA模型） 特点：加入一个控制方程，与BL模型比较，求解速度慢、空间需求大，计算精度高。可模拟流动分离和边界层转捩。 两方程模型 特点：加入两个控制方程，与SA模型比较，求解速度慢、空间需求大；计算精度近似，可模拟小尺度流动分离。可得到湍动能和耗散率的分布。 第78页/共143页第七十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step5：设定转动部件uParameters Configuration Rotating Machinery (双击)在这一页面中，FINE根据AutoGrid中定义的叶片排，自动将block组合，并按照AutoGrid/Properties中设定的转速，自动设置Rotational Speed。因此，这里不需要用户做任何修改。第79页/共143页第八十页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：设定边界条件（BC）uParameters Boundary Conditions (双击)6.1 打开网格 Mesh/View On/Off6.2 拖动网格区域左上角的按钮，同时显示边界设定区域和网格。第80页/共143页第八十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。亚音速 （绝对马赫数的子午分量1） 要给定所有的未知量的值第81页/共143页第八十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。亚音速 （绝对马赫数的子午分量1） 不用给定任何条件 。第82页/共143页第八十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：设定边界条件（BC）6.3 进口边界条件（INLET）选择INLET，选中所有patch，将其组合为Inlet。给定进口边界：轴向进气总压101325 Pa总温293 K进口湍流粘性3e-5 m2/s第83页/共143页第八十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：设定边界条件（BC）6.4 出口边界条件（OUTLET）选择OUTLET，选中所有patch，将其组合为Outlet给定出口边界条件平均静压105000 Pa第84页/共143页第八十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：设定边界条件（BC）6.3 周期性边界条件（PERIODIC） 无需做任何更改第85页/共143页第八十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：设定边界条件（BC）6.4 固壁边界条件（SOLID）Fine会根据AutoGrid中设定的叶片参数，自动将转动部分（Hub&Blade）组合，并设置好转速，因此用户如果没有特殊要求，该页面也不需要设定。选择SOLID，查看其设定。将其余的patch组合为Shroud，使用默认的设置。取消网格显示 Mesh/View On/Off第86页/共143页第八十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step7：设定数值参数uParameters Numerical Model (双击)当前网格层多重网格层数全多重网格CFL数当前网格层/粗网格u这一页面中的参数可使用默认值，不需要改变。第87页/共143页第八十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。xCFLt近似的：第88页/共143页第八十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。细网格 0粗网格 1粗网格 2对于三维问题：网格000：在I， J， K方向的网格点数为所用网格的最大点数（如33，65，49）网格111：在I， J， K方向的网格点数分别比网格000时约少一半（如17，33，25）网格222：在I， J， K方向的网格点数分别比网格111时约少一半（如9，17，13）对于网格012，其网格点数：33，33，13第89页/共143页第九十页，编辑于星期二：十点 五十五分。在从细网格0粗网格1粗网格2 粗网格2 粗网格1细网格的工程中，在每个网格层上都要进行若干从RungeKutta计算或称为sweep（扫掠）。缺省的sweep次数为：网格0：1次；网格1：2次；网格3：4次； 。为了提高计算速度和计算的稳定性，也可采用：网格0：1次；网格1：4次；网格2：8次； 。o细网格 0粗网格 3oooooo第90页/共143页第九十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。第3层第2层V-Cycle 全多重网格示意图第1层全多重网格循环第0层N次单一网格计算N次三重网格计算在粗网格上计算，速度快。残差降到-3左右即可全多重网格第2层第1层第0层三层多重网格第91页/共143页第九十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step7：设定数值参数在窗口右上角的下拉框中选择专家模式（Expert Mode）为了加速收敛，可增大在粗网格上的循环次数，以得到较好的初场。7.1 在Scheme definition中，选择User Defined。7.2 将Number of sweeps on successive grid levels中设为“1 4 8”。增大粗网格上的循环次数可增强收敛稳定性，并显著提高收敛速度。但是循环次数越大，每一步迭代所需的时间也越长。第92页/共143页第九十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step8：设定求解初场uParameters Initial Solution (双击)For turbomachinery是特别针对叶轮机械的一种初场给定方式。这里只需要给定进口的压力（如果有转静子面的话，还需给出转静子面处的压力）。8.1 设定Estimated static pressure90000Pa初场对最终的收敛结果没有影响。但一个较好的初场可以大大提高收敛速度，而一个不合理的初场很可能导致计算在一开始就发散。第93页/共143页第九十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step9：输出变量设定uParameters Outputs (双击)输出变量中有几个量是必选的：静温、静压、密度、相对速度。其他的热力学参数都可以在CFView中通过这几个量计算得到，无需在FINE中输出，这样可以节省存储空间及时间。为了简化设定，FINE中已将这几个量自动选定。其他几个子页面中，常用的几个量也已作为默认设定勾选，因此如没有特别要求，这里不需要进行设定。第94页/共143页第九十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step10：控制参数设定uParameters Computation Steering Control Variables (双击)10.3 Save Solution Every (100) Iterations:中间结果保存设定10.4 Minimum output：最小输出选项（不激活）10.5 Set the required memory:内存需求设定(无需更改)10.6 专家参数（无需更改）到此为止，所有的计算设定已全部完成！10.7 保存文件（FileSave）10.1 Maximum Number of Iterations：在细网格上的迭代次数(500)10.2 Convergence Criteria:收敛量级（- 6）第95页/共143页第九十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step11：开始计算11.1 在菜单中选择SolverStart,或在图标栏中点击开始图标，开始计算。11.2 双击Parameters Computation Steering Convergence History，观察收敛历史。第96页/共143页第九十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。用户也可在Monitor中查看详细的收敛史，包括每一个block的残差收敛史，进出口流量收敛史，压比收敛史等等。关于Monitor详细的说明请参见FINE用户手册。12.1 在Windows下：开始程序NUMECA software fine74_1 Monitor12.2 通过Add，加载当前计算的res文件。Step12：查看收敛史第97页/共143页第九十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。QdSFSFRFacesVFacesIewwwRRRRRRzyx00000R6363636363)(log10R理想值实际可达到值第98页/共143页第九十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。全局残差：建议全局残差下降三个量级以上。各块中残差：由于各块中网格质量以及流动特性的不同，每一块中的残差下降幅度也会不同。但仍然推荐计算中,每一块中的残差下降三个量级以上。进出口流量：收敛准则中最重要的一个参数.建议进出口流量相对误差小于0.5%，且流量步再发生变化。对于有大分离涡的流动(尤其在进出口处)，流量收敛曲线会发生振荡，此时由于迭代中分离涡的位置和强度都会发生不同程度的变化，呈现非定常特性，因此流量也会随之发生变化(但这种变化近似为周期性)。在这种情况下，也可认为计算收敛。流场当地值：计算迭代收敛时，流场每一点处的参数值不应当再发生变化，或者对于有分离涡的情况，涡内某一点的参数应当为周期性变化。用户可以在FINE介面中跟踪某一特性点的参数，并观察其变化参数。总体参数：对于定常计算,所有的总体性能(效率、扭矩、推力等）都应当变为恒定值，不再随迭代步数而发生变化。对于有大分离的情况，这些参数则会呈现周期性变化。这两种情况下都可认为计算收敛。对于非定常计算，所有的参数都应当呈现近似周期性变化。附：收敛标准第99页/共143页第一百页，编辑于星期二：十点 五十五分。13.1 计算挂起：Solver/Suspend，求解器会在当前计算步完成后，存储结果并停止。Step13：挂起计算第100页/共143页第一百零一页，编辑于星期二：十点 五十五分。14.1 新建若干个计算，依次修改其边界条件及初场，以计算工况线。对于压气机计算，可通过改变出口背压来计算工况线。14.2 保存.run文件Step14：多工况点计算将已经收敛的结果做为初场附给新的计算，可大大缩短收敛时间。第101页/共143页第一百零二页，编辑于星期二：十点 五十五分。14.3 打开Task Manager14.4 添加子任务，依次指定相应的.run文件Step14：多工况点计算第102页/共143页第一百零三页，编辑于星期二：十点 五十五分。14.5 选择Run After Previous Subtask。14.6 点击Start开启计算。Fine会在第一个subtask完成后自动开启第二个。Step14：多工况点计算该功能在进行工况线计算时非常方便，用户只需提前设定好边界条件，在任务栏中添加任务，Fine会自动按顺序依次执行，而不需要在一个计算完成后人为开启下一个。第103页/共143页第一百零四页，编辑于星期二：十点 五十五分。第104页/共143页第一百零五页，编辑于星期二：十点 五十五分。n向速度分量、总速度、马赫数、气流角n进出口平均静参数：压力、温度、密度n进出口平均滞止参数：相对/绝对压力、温度n进出口流量n总体性能：级静压比/总压比、静温比/总温比、等熵/多变效率、轴向推力、扭矩、功率.mf文件是NUMECA软件专用的总体结果文件，尤其适用于旋转机械的流动计算，可以非常直观地统计出旋转机械的进出口平均参数、总体性能等。第105页/共143页第一百零六页，编辑于星期二：十点 五十五分。势流，无粘/粘性流，定常/非定常，雷诺平均NS方程+湍流摸型，LES，NS方程直接解，适合工程应用的格式 二阶精度格式密度性能计算，每个叶列：2030万；流场细节：每个叶列至少需50万个点质量尽可能正交；长宽比1000；伸缩比3第106页/共143页第一百零七页，编辑于星期二：十点 五十五分。合理地选取计算域正确地选取边界条件CFD软件的使用者在实施网格生成和计算之前，必须尽可能的了解所研究对象的物理背景第107页/共143页第一百零八页，编辑于星期二：十点 五十五分。带分流叶片离心压气机后处理操作及示例第108页/共143页第一百零九页，编辑于星期二：十点 五十五分。第一步第二步第三步第四步第五步第六步开启CFView：打开后缀名为.run或.cfv的文件选择要进行图形显示的曲面或者平面选择变量或者定义新变量选择显示方式（云图、等值线、矢量、流线）调整显示输出结果第109页/共143页第一百一十页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step1：打开计算结果1.1 选择已经收敛的计算1.2 选择Modules/CFView，或者点击右上角CFView的图标，自动打开当前计算的.run文件。1.3 用户也可先行打开CFView：Windows/Program Files/NUMECA Software /Fine74_1/CFView，再打开相应的.run文件第110页/共143页第一百一十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。Graphics areaSelection areaToolbarKeyboard input areaViewing buttonsInformation areaQuick Access PadMenu Bar第111页/共143页第一百一十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。2.1 选择区域：Geometry Select Surfaces用户也可以通过左侧的快捷面板进行流动区域的选取：并双击选择需要的面，或左键点击，在变为蓝色高亮后选择右键弹出菜单中的Select，这样，只有当前选择的面被选中，其他的面会自动释放。第112页/共143页第一百一十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。2.2 创建区域（如果区域不存在）：2.2.1 选择Geometry/Create创建不同形式的面Create IJK Surface：通过网格面截取Create Cutting Plane：通过平面截取Blade to Blade Surface：截取等叶高面2.2.2 ApplySaveClose快捷面板第113页/共143页第一百一十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。3.1 选择已有变量：Quantity Field DataBasic Quantities中是Fine里Output中选择的输出量，CFView可通过这些基本量计算得到其他变量（Computed Thermodynamics）及其梯度、散度等等。选中某个变量后，改变量的名称、范围会出现在屏幕下端。快捷面板：双击选择第114页/共143页第一百一十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。3.1 创建新变量：Quantity Field Data Define New Quantity快捷面板第115页/共143页第一百一十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。u当地值（Local value）u等值线（Isolines）u云图（Contour）u笛卡尔图（Cartesian Plot）u积分（Integral）u等值面（IsoSurface）11625432.41256快捷面板4.1 标量显示： Scalar Representation第116页/共143页第一百一十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。u流线（Streamlines）u矢量场（Vector field ）u当地矢量（Local Vector）u矢量积分（Integral）4.1 矢量显示： Vector Representation12344132快捷面板第117页/共143页第一百一十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。u从菜单中选择Scalar Range调整u从工具栏按钮调整u从快捷面板调整 235.1 标量显示调整1快捷面板第118页/共143页第一百一十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step5：调整显示5.2 矢量显示调整u从菜单Vector Range&Type调整u从快捷面板调整 221快捷面板第119页/共143页第一百二十页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step5：调整显示5.3 更新图形显示 UpdateuUndou选择区域 (step2)u选择变量 (step3)uDelete1.选择删除显示模式5314第120页/共143页第一百二十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：输出结果12341236.1 输出图片：FilePrint 选择图片格式设置图片名称6.2 输出宏文件： File Macro Record 第121页/共143页第一百二十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。Step6：输出结果6.3 输出模板：FilePrint 选择图片格式设置图片名称126.4 输出Cartisan Plot / Surface12Scalar QuantityScalar Quantity Cartesian Plot第122页/共143页第一百二十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。典型的叶轮特性目标:叶轮三维显示叶轮三维显示检查检查 y+子午面压力分布子午面压力分布不同叶高总压分布不同叶高总压分布第123页/共143页第一百二十四页，编辑于星期二：十点 五十五分。Task1 叶轮显示1.选择所有几何面（默认），更新显示（UpdateDeleteAll）2.隐藏边界（b）3.选择Hub&Blade(Surfacesrow1_rot_speed_60000)4.显示边界（b）或网格（g）5.显示实体渲染图（RenderShading）6.调整材质（UpdateSurface Material）7.设定显示周期数目8.显示周期（R）9.输出图片（FilePrint）368745第124页/共143页第一百二十五页，编辑于星期二：十点 五十五分。4Task2 Check y+第一层网格尺度是否符合所选的湍流模型？1.更新显示（UpdateDeleteAll）2.取消周期显示（R）3.选择Hub&Blade（同前）4.选择变量y（QuantitySolid Datay+）5.选择云图显示6.调整显示范围（0 20）7.检查y的范围56第125页/共143页第一百二十六页，编辑于星期二：十点 五十五分。Task3 子午面压力分布1.更新显示（UpdateDeleteAll）2.选择叶轮机械模式（Turbomachinery） 2.1 Define Hub/Shroud patches 2.2 Define Meridional patches 一般情况按默认即可 2.3 点击OK启动Turbomachinery模式2第126页/共143页第一百二十七页，编辑于星期二：十点 五十五分。Task3 子午面压力分布3. 激活Meridional Average窗口Meridional Average3D ViewB2B ViewMeridional View第127页/共143页第一百二十八页，编辑于星期二：十点 五十五分。4.选择面（默认选中子午面）5.选择变量Static pressure6.选择云图显示7.调整显示范围8.输出图片Task3 子午面压力分布4567第128页/共143页第一百二十九页，编辑于星期二：十点 五十五分。Task4 不同叶高总压分布1.激活B2B窗口2.创建50叶高（默认已创建）和90叶高截面2.22.3第129页/共143页第一百三十页，编辑于星期二：十点 五十五分。Task4 不同叶高总压分布3.激活3D窗口4.重复Task1中的做法显示出Hub&Blade渲染图5.选择50叶高截面和90叶高截面6.选择变量Total pressure7.选择云图显示8.调整显示范围9.输出图片5876第130页/共143页第一百三十一页，编辑于星期二：十点 五十五分。第131页/共143页第一百三十二页，编辑于星期二：十点 五十五分。nRotating Blocksn转静子面处理（Rotor-Stator）n初场给定（Initial Solution）第132页/共143页第一百三十三页，编辑于星期二：十点 五十五分。NUMECA解算器是在相对坐标系下求解，因此所有叶片周围的网格块都随着叶片一起转动，因此需要设定为转动并给定转速。而涡壳属静止部件，转速设为0。 为了方便设定，可将所有和叶片相关的Block组合为IMPELLER，所有和涡壳相关的Blo