NASA-Stage35压气机培训教程

NASAStage35压气机培训教程FINE/Turbo简介NASASTAGE35最初是为一个四级轴流压气机的实验研究所设计的，它按照典型航空发动机高压压气机进口级所要求的气动参数进行设计。DnDm设计转速设计流量设计转速17188.7RPM设计流量20.8kg/s叶尖速度454.456kg/s转子进口轮毂比0.7动叶展弦比1.19静叶展弦比1.26动叶叶片数36静叶叶片数46叶尖间隙0.408mm培训内容AutoGridTM网格生成FINETM计算设定CFViewTM结果处理关键内容的掌握定义多排叶片定义O4H及H&I拓扑结构生成及优化B2B网格调整B2B和3D网格质量流动参数的控制转静子交界面的处理设置边界条件及初场数值模型，控制变量的设定输出变量的设定计算过程的控制收敛历史的查看计算结果的后处理数据准备根据不同的已知条件，准备数据：已知叶型截面数据已知叶片三维造型图写geomturbo文件（可被Design3D调用）在AutoGrid5中生成面，指定所需的数据通过铺网格面，得到数据点分布均匀的几何面将几何面用几条线段描述输出线坐标HUB:轮毂、轮盘、下端壁、内环壁SHROUD:轮缘、轮盖、上端壁、外环壁SuctionSide:叶片吸力面PressureSide:叶片压力面LeadingEdge:叶片前缘线TrailingEdge:叶片尾缘线Spanwise:展向、叶高方向Azimuthal:周向、叶片-叶片方向（B2B）Streamwise:流向Meridional:子午面Periodicity:周期，叶片数常用术语…0.29989873873077800.0150000000000001SHROUDXYZpolyline3530.020-0.15…0.2999576260239280-0.0149999999999999pressureSECTIONAL5#section1XYZpolyline65-0.0970030.0546094766-0.064355284...#section2...#section5...suctionSECTIONAL5#section1...从三维图提取所需数据叶轮数据提取：1.运行IGG2.调入.igs文件3.铺设网格面（分别针对吸力面、压力面）4.调整网格面数目及分布5.用网格面生成几何面6.将几何面用多条曲线表示7.将这些曲线分别输出端壁数据提取：选中轮毂和轮盖上任意一条从进口至出口的曲线输出即可。第一部分：网格生成STEP1STEP2STEP3STEP4STEP5STEP6STEP7生成默认的拓扑结构–自动生成定义/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（R）线（AddZConstantLine）2.子午通道控制（FlowPathControl）展向网格数目、等距网格比例、叶顶/叶根间隙等。3.B2B网格控制(B2BMeshControl)周期性连接表面控制（匹配/非匹配）、周向网格数目控制、间隙内网格控制等。4.光顺步数控制(OptimizationControl)5.观察不同叶高B2B网格分布（ActiveB2BLayer）几何定义定义叶片参数：Rator:Periodicity：36RotationSpeed：-17188.7rpmRowOrientation：AxialStator:Periodicity：46RotationSpeed：0rpmRowOrientation：Axial间隙展向网格：73间隙网格：17间隙距离：0.0408检查展向网格质量展向网格只能检查延展比附：网格拓扑结构介绍（一）H网格H-I网格H-O-H网格附：网格拓扑结构介绍（二）O网格嵌套网格附：网格拓扑结构介绍（三）H网格蝶型网格叶顶间隙附：网格拓扑结构介绍（四）Skin网格Rator:Stator:附：近壁面第一层网格与壁面距离估算refVvrefLYLvVyrefrefwall818726近壁面第一层网格与壁面距离估算采用Blasius方程其中：为特征速度（m/s）为运动粘度（m2/s）为特征长度（m）为无量纲参数vY其中特征速度为180m/s，特征长度为0.25m/s运动粘度为1.47e-5m2/s，假定Y+值为1，则为3e-6mwally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NumericalModel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：17＝24＋1，min（n）＝4，即满足5重多重网格。61＝25＋24＋23＋22＋1，min（n）＝2，即满足3重多重网格。附：网格数目调整原则12n（n2）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。默认勾选分流叶片选项,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。本例使用光顺步数：300。转子/静子叶片固壁面延展比：1.4/1.354421第一层网格尺度：0.0003只有延展比一项网格质量不同，B2B有三项网格质量检查项，FlowPath&B2B均达到标准后，生成3D网格，最小网格正交性角度34.681°，最大长宽比1239.011，最大延展比1.867网格文件介绍SaveProject这一操作可将网格及模板同时保存。在用户目录中，生成12个文件，包含了所有的网格信息。主要的几个有：*.geomTurbo：几何模板，记录了所有的几何信息。*.trb：网格模板文件，记录了所有的网格控制参数，用户在下次需要生成网格的时候可以直接打开该文件。*.igg：网格文件，为FINE计算所需。第二部分：计算设定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STEP1STEP2STEP3STEP4STEP5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STEP7STEP8STEP9STEP10STEP11STEP6设定转动部件命名&链接网格文件建议命名：背压_转速_网格层（_流动介质）树形目录选择坐标系，网格单位，查看网格块名称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。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RotationalSpeed。因此，这里不需要用户做任何修改。在这一页面中，FINE根据AutoGrid中定义的叶片排，自动识别转静子交界面，本例使用ConservativeCouplingbyPitchwiseRows转静子交界面处理方法附：转静子交接面的类型123451.周向守恒型连接面（推荐大多数情况使用）2.当地守恒型连接面（离心叶轮+蜗壳）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）附：各类型比较ConservativeCouplingbyPitchwiseRows1、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、物理量并非严格守恒4、求解跨音速问题时可能会引起发散FullNonMatchingMixingplane1、质量、动量、能量严格守恒2、没有网格连接的限制FullNonMatchingFrozen-Rotor1、认为转静子连接为完全连接2、在交接面的信息传递过程中忽略动叶的转动3、转静子的周期必须相等NonReflecting1D1、用于交接面非常靠近叶片2、用于在交接面上有激波反射的情况边界条件1.Mesh/Viewon/off打开网格示意窗口2.移动转动视角操作3.进口条件4.出口条件轴向进气出口平均静压130000Pa进口总压101325Pa进口总温288.2K进口湍流粘性0.00005m2/s附：进口边界给定方式亚音速（绝对马赫数的子午分量1）给定两个气流角（a，b）和总温、总压（采用BL湍流模型，五个未知量，给定四个）气流角（a，b）和总温、总压可以是常值，也可随空间或时间