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分析规范v2.0郭然尤迈克（北京）流体工程技术有限公司NUMECA-BeijingFluidEngineeringCo.,LTDNUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日2数值模拟准确性和精准度为目的，从而促进我们共同进步，以FINE/Turbo_v85_1为基础，并将积极吸收采纳各位专家和广大用户的批评和建议，以不断地进行完善和更新。NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日3目录一.模型简化二.计算域设定三.计算域离散化网格“设计”网格质量准则网格检查四.求解过程参数设置网格属性与物性参数可凝结流体转动块定义方式转静子面类型边界条件内存分配收敛标准五.流场可视化处理数据处理方式典型截面方式Y+与Walldistance检查六.如何制作美观图片七.文件夹管理八.技术支持程序附件NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日4合理的几何简化对某些几何细节进行简化和省略，不会对流场结果构成较大影响，是正确的主观的进行问题的简化。¾轮背空腔区是一个流动的“死区”，几乎没有流体的流进流出¾叶轮单流道的周期性（转速越高，流动越合理，周期性越高）¾长叶片根部的倒圆角（倒圆角半径与节距和叶高相比小2个数量级）2.几何失真美国麻省理工学院气象学家洛伦兹的蝴蝶效应也会发生在CFD计算中。¾曲率变化大的位置布置过少的控制点（前后缘圆角，离心压缩机回转弯道）¾蜗壳舌部相贯线的简化影响喉口截面面积¾弯扭叶片沿展向要有足够的截面数目¾涡轮增压器的压气机叶轮出口半径30mm，根部倒圆角不可忽略NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日5计算域设定为了实现与试验得到的性能结果的可对比性，计算域的选取是至为关键的。1.进出口管道：¾如果要与实验数据进行比较，建议选择与实验段相对应的计算域。¾在设置计算边界条件时，特别是入口条件时，要考虑前部的流动过程，如弯管曲率半径造成速度、气流方向、以及总压分布的不均匀。NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日6压气机：¾如果计算域设置在压气机的入口，就直接按照均匀的大气条件给定总温，总压和轴向进气条件；¾如果计算域的入口设在叶轮前缘不远的上游，那么在设置总压和气流方向时最好要考虑内外环壁边界层的影响，比如可按照指数率给出其分布，边界层厚度可去1～10mm（与入口面的轴向位置有关，越靠近叶片前缘，厚度越大）。3.涡轮：¾对于涡轮，计算域入口最好选中进气蜗壳的入口，这里的气流均匀，总压、总温和气流方向均容易确定。NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日7涡轮（续）：¾只计算向心涡轮的叶轮部分，近似的办法是：可按照蜗壳或导叶出口的条件（特别是气流角）来给出。这时在分析计算结果时，要考虑由于入口边界条件所带来的误差。4.转静子面和计算域进出口：¾这个位置尽量放置在流场已充分掺混均匀的位置，并且确保在进出口处流动不会发生大尺度的回流。如果有回流发生，就要把出口的位置适当地向下游延伸，同时收缩子午流道宽度。¾前后叶片排轴向间隙很小时，转静子面位置要较靠近下排叶片前缘，而不是软件默认的中间位置。NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日8网格“设计”适合当前计算要求的高质量网格是“充分考虑+精心设计”，而不是“随意的划分”！¾工业产品类型¾目的•定性性能计算：Design3D数据库样本生成•定量性能计算：一个叶片排20~30万网格•流场细节定量分析：一个叶片排50~60万网格¾分析类型•定常计算•非定常计算SlidingMeshPhaselaggedDomainScalingNonLinearHarmonicNUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日9网格“设计”¾CFD计算所用的湍流模型•高雷诺数模型•低雷诺数模型¾CFD分析计算时间要求和硬件条件NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日10，生成默认网格调整生成子午面网格并检查质量（延展比）调整B2B网格，检查hub&Shroud层网格质量三维网格生成并检查质量保存文件执行网格质量脚本语言，填写Excel表格NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日11数值模拟的可信度主要取决于求解器的精度的数值精度（如离散格式和计算方法）。在给定求解器的条件下，其计算精度和收敛速度在很大程度上依赖于网格的质量。所以说网格质量很大程度上决定着求解器的数值误差部分。理论上，最小正交性角度越接近90°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1越好。但由于边界层、激波和尾迹等的存在，以及几何的复杂性，实际上很难得到三者兼得的网格质量，所以一般推荐：•最小网格正交性角度10°（径流叶轮正交性15°轴流叶轮30°）•最大网格长宽比5000（长宽比小于1000）•最大网格延展比10（延展比小于5）•最大网格偏转角100°J叶展方向网格偏转角60°•不但要考虑网格的极值，还要考虑平均值和分布问题NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日12用户会议,北京,2008年9月18-19日13网格质量¾网格块之间的网格质量对于多级叶轮机械，更要保证匹配的周期性边界条件，即以匹配的PER边界取代非匹配的PERNM边界•Orthogonality•Angulardeviation•ExpansionRatio¾FNMB连接的网格质量ExpansionratioCellWidthRatioInnerGapRelativeInnerGap*导入原始几何文件，检查网格边界是否与原始几何完全重合，再次保证计算域的正确性。NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日14网格质量网格质量准则及颜色代表的含义¾绿色•至少三重多重网格•在所有网格层上使用单双精度检查均没有负网格•没有凹体积(对于Hexpress)•没有FNMB连接•最小正交性15°•平均正交性75°•最大长宽比2,000•最大延展比3(包括网格块内部和相邻网格块间)NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日15用户会议,北京,2008年9月18-19日16网格质量¾黄色•至少三重多重网格•在所有网格层上使用单双精度检查均没有负网格•凹体积网格数目5(对于Hexpress)•存在FNMB连接但是FNMB连接面之间没有间隙，两侧网格长度之比2•最小正交性5°-平均正交性65°-最大长宽比5,000•最大延展比5(包括网格块内和相邻网格块间)NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日17用户会议,北京,2008年9月18-19日18计算设置创建项目*.iec文件链接网格文件，设置网格属性创建并命名计算名称设定流动工质和流动模型设置转动网格块设定边界条件设定数值参数（第一次计算建议粗网格）设定求解初场设定输出变量设定控制参数开始计算收敛性判定计算设置流程框图NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日19计算设置¾当计算软件和网格确定以后，计算结果将紧密地与计算设置相关。因此，边界条件一定要按照物理的实际来给定。¾在给定出口边界条件时（压力条件或流量条件），一定要牢记：任何旋转机械均是在一定的工作范围内（如流量范围）运行的，因此给定的值不能超出这个范围。¾一般地对于压缩机，建议先从堵塞流量点附近算起，然后再逐渐减少流量或提高背压。¾对于不可压流体的效率计算，需要输出扭矩和轴向力的计算结果时，应采用区域定义转速方式，并设置TORRO专家参数为1.¾总总效率，总静效率，静静效率可通过EFFDEF设置¾多级叶轮机械建议激活RBRSBS专家参数NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日20网格属性与物性参数¾网格单位属性(mm，cm，Inch，m)，专家参数：IUNIMF¾合理选择工质类型（PerfectGas，RealGas，Incompressible，CondensableFluid）¾不可压缩流体密度公式Boussinesqlaw或者BarotropicLaw*.气体属性温度范围：比如,如果一维二维计算，气体温度范围为300K-500K，那么三维计算，气体的温度范围应为250K-550K，并且留出一定裕度，物性定义的温度范围为200K-600K.NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日21可凝结流体¾*.对于二氧化碳，水蒸汽，R134a等制冷剂，进口流体过热度/过冷度30K,建议使用可凝结流体进行验算，因为三维CFD计算可能会出现局部地区压力的升高/降低幅度远大于温度的升高/降低（温度未达到临界温度），从而发生凝结。定义可凝结流体步骤如下：•新建理想气体•输入可凝结流体在进口状态的粘性和热传导率•保存*.run文件•切换到可凝结流体工质并再次保存*.run文件NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日22转动块设定和转速设定¾一般情况下根据该叶片排定义该网格块是否转动即可，转速的正负值按照右手坐标系给定。*.切不可在带有远场边界的转动块中求解与相对速度相耦合方程，如水下推进器，风力机，则需要在转动坐标系下，在方程中求解绝对速度，以避免在远场边界的相对速度过大而引入过多的人工耗散，通过设置专家参数IVELSY=0NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日23转静子面类型*1、此为对定常计算情况，五种都为可选；对非定常计算，不同的非定常方法采用的交接面类型不同2、转静子交接面不能包括R=0的区域123451.周向守恒型连接面2.当地守恒型连接面（Volute+Impeller）3.完全非匹配混合面4.完全非匹配固定转子交接面（周期必须相等）5.一维无反射的RS交接面（目前仅限理想气体）MethodTypeofinterface定常计算ConservativeCouplingbyPitchwiseRow1，2，3，5FrozenRotor4非定常计算DomainScalingmethod1，2，3Phaselaggedmethod1，2，3Harmonicmethod5NUMECA用户会议,北京,2008年9月18-19日24、可以保证质量、动量、能量严格守恒2、沿周向网格的连接方式需一样3、较好的鲁棒性建议大多数情况采用此方法LocalConservativeCoupling1、建议只用于叶轮与蜗壳的交接面2、基于矢通量分解，对周向流动变化较大的情况增加求解的稳定性3、物理量并