NUMECA帮助文档(六)

第十二章跨叶片截面模块12.1绪言本章针对透平机械讲述快速三维跨叶片截面模块的分析过程。这个模块是全自动完成的并且利用一些NUMECA工具。此外，附加模块FINE™/Design2D这些工具联系起来，可以进行叶片重新设计，改善叶片表面压力分布，关于这些详见第13章。这个模块假设流动是轴对称的，并且流面形状和厚度也由用户提供或由参数自动生成(利用根部和顶部边界)。几何输入数据必须由用户提供：1、流面及叶片这个流面上的截面或2、完整的叶片轮廓及端壁本模块由网格自动生成与NS湍流方程组成。在下一节讲述这个跨叶片截面模块的界面及对用户的建议。12-4节讲述自动生成网格的理论和求解方程。12-5节讲述几何数据和输出结果。12-6讲述实例。12-2跨叶片截面模块的界面在FINE™/Design2D界面之下运行跨叶片截面模块，这些可以高速，简单，交互式求解。所有参数可以在用户界面中选取，并自动创建输入文件及求解。监视工具，MonitorTurbo,可以在计算中和计算后检查收敛情况及结果。它可以实时查看叶片表面压力分布的收敛过程及叶片几何形状。结果分析利用NUMECACFViwe™后处理工具进行，自动进入跨叶片截面模式。几何数据以ASCII输入文件列出，但是求解参数定义及边界条件在这个界面中列出。这个截面的描述由FINE™/Design2D界面中的菜单创建。更详细的说明见12-5.12.2.1开始新的或打开现存S1面计算在开始界面下，ProjectSelection窗口允许创建新工程或打开现存工程。对于创建新的跨叶片截面工程，按如下操作：1、单击按扭CreateaNewProject2、选取工程保存路径及输入文件名3、关闭GridFileSelection窗口，Design2D不需要输入网格文件4、进入S1流面模块，菜单Modules/Design2D如果要打开现存工程，在ProjectSelection窗口中单击OpenanExistingProject按扭，并在Filechooser窗口中选取一个文件。最近使用过的文件在最近工程列表中列出。如果所选取的文件是以Design2D模式保存的，则FINE™界面自动转到这个相应的模块，显示界面如图12.2.1-1所示。FINE™/Design2D界面如同FINE™/Trubo界面一样，包括菜单，工具栏，计算设置与参数区域。在菜单中同样也有一个Modules项，可以快速转到其它模块。Design2D模块的图标栏仅包括2D计算内容。界面左侧的参数列表也是与2D计算一致的。这一项的大多数内容与FINE™/Turbo工程是相似的。之间的差别仅在于：在FlowModel页：Design2D模块不能进行非定常计算。BoundaryConditions页的说明见12-2.3Blade-to-bladedata页的说明见12-2.2InitialSolution页的说明见12-2.512.2.2跨叶片截面数据Blade-to-bladedata页(上图左侧倒数第三行展开)出现三个分项：叶片几何模型，参阅12.2.2.1网格生成参数，反问题：仅需2D设计参数，不需要分析。详见第13章。叶片轮廓和子午流面(或端壁边界)是由一些连续的点的坐标构成的ASCII文件输入，详细说明见12-5节所有的几何数据都有一个相同的长度单位(可以任意选择)。这个长度单位设置是在Bladegeometry页Bladegeometry项进行选择。12-2.2.1叶片几何定义输入数据类型有三种形式可用：-2D：仅对轴流适用，且流面为圆柱面(半径为常数)。这个叶片几何模型是在这个流面上。-Q3D：Theaxisymmetricstreamsurfaceisgiven,andthebladegeometryisspecifiedonthegivensurface.-3D:这个完全的3D几何模型是由连续的叶片截面组成（最少数2个截面，次序是从根部到顶部）。a)流面数据图12.2.2-2显示了输入参数区域。对不同的输入文件类型需要输入文件：2D或Q3D：流面定义文件3D：端壁文件，两个文件，根部曲线和顶部曲线输入文件类型为3D则需要附加参数：几何分区或用户定义流面Geometricaldivision或streamtubeprovided如果是Geometricaldivision：展向位置为0-1之间如果是streamtubeprovided：输入两个文件(两条直线)Inbothcasesthemoduleautomaticallycalculatestheintersectionofthe3Dbladewiththeconsideredstreamsurface。对3D类型，推荐展向边界网格厚度为1%Ina2D，Q3Dor3Dcasewithstreamtubeprovided,theblockageratiopermitstoscalethestreamtubethicknessdistribution.无论哪种输入数据类型，都必须设置NBofpointsalongmeridionaltrace.这个值默认为300.b)叶片几何数据在BladeGeometry页，依据输入数据类型，叶片几何定义需要如下参数：叶片几何数据文件：-2D或Q3D：吸力面与压力面文件-3D：展向截面数及每个截面的位置，每个截面的压力侧与吸力侧文件前缘钝角边：如果选取，则前缘钝角处理尾缘钝角边：如果选取，则尾缘钝角处理分流叶片：(我对这个没兴趣)长度单位：用户输入数据所采用的单位，为米与所采用单位之比(如果输入的数据单位为毫米，则这个比值为0.001)。全部几何数据必须采用相同单位，即用户所选取的这个单位。叶片数或周向长度：对2D输入类型，这个值为周向长度，Q3D或3D类型，这一项为输入叶片数。图12.2.2-3c)叶片数据编辑选取Bladedataedition将修改前缘或与尾缘数据。12-2.2.2网格生成参数如图12.2.2-5这一项必须由用户修改。系统默认值对大多数网格是适用的。可用的网格生成参数有：H-orI网格：用户可选是否包含上游和/或下游网格。生成方式：全自动或半自动-对全自动模式，用户仅需指定吸力侧网格点数。其它区域的网格数按光顺需要计算出。-对半自动模式，用户指定上游或下游的网格倾斜角度，以及每个区域的网格数。圆周方向网格数:这个数最好是8的倍数，这样有四重网格可用。周期性边界的类型：选取直线或曲线。默认为周期性边界线为曲线。在下面的三页中的参数影响了网格的质量和分布a)clustering第一个参数clusteringcoefficientinstreamwisedirection输入值范围为从0.0到1.0。如果值为1.0则网格均匀分布，如果为0.0则所有网格点集中在边缘。第二项为定义Euler网格生成还是N-S网格生成。如果选取了N-S网格生成还必须设置以下参数：第一层网格单元的尺寸(单位：米)pitchwise方向的网格数从叶片边缘到进口或出口的clustering类型，constant或decreasingb)smoothing椭圆形光顺可改善网格质量。用户可选clusteringcontrol与orthoganalltycontrol，并设置光顺次数Numberofsweep.c)localpre-smoothing局部光顺用于前/尾缘半径的网格。12-2.2.3反问题设计菜单这个菜单为反向设计模块。当进行流动分析时，这项菜单的内容不需要指定。对于反问题模块的详细说明见第13章。12-2.3边界条件在Boundaryconditions这一页允许定义进出口边界及旋转速度。这个Rotationalspeed单位必须是RPM(revolutionsperminute每分钟转数，旋转方向的正向与θ定义的正向相同，参看图12.5.1-12)12-2.3.1进口边界条件以下为可用的进口边界条件：绝对速度方向(弧度)+绝对总量(Pa,K)相对速度方向(弧度)+相对总量(Pa,K)绝对速度分量Vθ(m/s)+绝对总量(Pa,K)相对速度分量Vθ(m/s)+相对总量(Pa,K)质量流量(kg/s)+绝对速度方向(弧度)+静温(K)质量流量(kg/s)+相对速度方向(弧度)+静温(K)质量流量(kg/s)+绝对速度分量Vθ(m/s)+静温(K)质量流量(kg/s)+相对速度分量Vθ(m/s)+静温(K)用户选取其中一种方式设置进口条件。12-2.3.2出口边界条件有三种出口边界条件可用：出口静压(Pa)质量流量(kg/s)(+出口静压用于初始计算)超音速出口(出口静压由初始计算)零阶和一阶外推法可用，同时可用专家模式(默认为零阶)。设置质量流量为边界条件对于反问题方法则是比较稳定的。因此在分析过程中也推荐用质量流量作为边界条件。比较理想的设置是质量流量进口和压力出口，或是进口的总量与出口质量流量。12-2.4数学模型通常NumericalModel参数的默认值是适当的。Intheblade-to-blademoduleitisnotpossibletoperformthecalculationsonacoarsermeshlevelasitisthecasewith3Dprojects.12-2.5初始求解菜单需要提供一个初始静压或是InitialSolutionFile用于求解。如图12.2.2-912-2.6输出参数这个菜单允许选取一些输出量。这个模块自动创建用于CFView™工程的3D与2D的输出文件。关于这个菜单命令详见12-5.2.12-2.7控制变量在这个ControlVariables页用户需要选择流动分析或反问题设计模式。如图12.2.2-10.所有的相关参数见第15章FINE™/Turbo计算。12-2.8跨叶片截面流动分析一旦.b2b和.b2b.inp输入文件被正确创建，就可以开始流动分析，在Solver菜单单击Start按扭。重新开始以前的计算也同样是在Solver菜单按Start按扭，并选取一个初始求解文件。不能在粗网格中进行计算，重新计算也不可以多重网格设置。12-3专家参数在专家模式下ControlVariables页，连续的专家参数可用：ITERZ：迭代步数，在这个范围内不进行湍流计算。通常设为200.IATERZ:这个转换与前一次计算有关。通常设为1(默认值)。12-4理论这一节主要讲述网格生成工具和跨叶片截面流动求解。12-4.1网格生成这个网格自动生成工具可创建H(周期性)或I(非周期性)形网格，按用户提供的参数。相反多数quasi-3D方法在轴流面上生成2D网格，这个网格相当于3D网格在展向只有一个单元。这个求解也主要是采用3D流动求解。此外12-4.2求解器12-5跨叶片截面模块的文件格式12-5.1输入文件B2B运行需要三种输入文件：几何输入文件，叶片几何定义求解输入文件(.run),求解参数，流体，流动条件定义反问题设计输入文件允许定义反问题这个由用户创建的几何输入文件与AutoGrid输入文件的格式相同。求解和反问题设计输入文件是由用户在FINE™/Design2D环境中设置参数和流动条件后由程序自动生成的。在下一节讲述几何输入文件。12-5.1.1几何输入文件叶片几何数据和流面(或端壁)是由ASCII文件中连续的点的坐标构成。三种格式的几何输入文件可用：2D类型：这个设置仅对完全的轴向网格，流面为圆柱(半径为常数)。Thebladegeometryisthengivenonthecascadeplane(cylinderdevelopedtogeneratethecascade).Q3D类型：Theaxisymmetricstreamsurfaceisgiven(includingitsthickness),andthebladegeometryisspecifiedonthegivensurface.3D类