搜索FLUENT在旋转动力机械中的应用-SRF，MRF
2016-09-30 by:CAE仿真在线 来源:互联网
这篇是《Introduction to Rotating Machinery Analysis Using FLUENT》的学习笔记,主要讲的是用SRF, MRF, Mixing plane model,slid mish来处理旋转动力机械问题的仿真。因为对SRF, MRF和Slide Mesh已经非常熟悉了,所以笔记中只记录了部份之前没注意到的地方。
I.
旋转动力机械的分类
1. Axial Machines(轴向机械):流体的流动沿旋转轴轴向方向穿过机械设备内的流域
例如:螺旋桨推进器,轴流式风机/压缩机/涡轮机/旋流器
2. Centrifugal
Machines(离心式机械):流体的流动沿与旋转轴垂直方向穿过机械设备内的流域
例如:液泵,离心风扇/压缩机,放射状涡轮
3. Mixed flow:流动介于轴向式和离心式之间
例如:搅拌tank
II. 转动部件和静止部件之间相对运动引起的不稳定相互影响:
1.
潜在相互影响:从上游和下游传播来的压力波动引起的流动不稳定性
2.
尾迹效应的影响:从上游向下游传递的尾迹引起的流动不稳定性
3.
冲击波影响:对于亚音速/超音速流动,冲击波冲击下游扇叶引起的不稳定性
MRF和MPM都忽略了这些相互作用,因此只限于用在这些交互作用很弱的流动问题上。
而Slide
Mesh模型对这些交互作用的预测比较准确。
III. FLUENT处理旋转动力机械问题的4种模式:
1. SRF (Single Rotating
Frame):整个流场都以同一旋转参考系为参考(最简单的模式,不再赘述)
2. MRF(Multiple Rotating
Frame):有一个以上的参考系,忽略流域之间的相互影响。在流动穿过转动区域(流进然后又流出转动区域的外边界)的地方可能得出误导性的结果。
3. MPM (Mixing
Plane):对于有多组扇叶而且相邻两组扇叶的扇叶数量不一样的旋转动力机械,不能用MRF模型建立周期性流场,此时可用Mixing
Plane模式建立周期性流场。
4.SMM (Slide Mesh) : Slide
Mesh模型考虑了所有流域间相对运动引起的交互影响,可以得到比较精确的结果。但只能用于瞬态计算,耗费计算资源较大。
Ⅳ. MPM
(Mixing Plane)模型
1. 为什么要用MPM模型?
涡轮机械,不管是轴向式还是离心式,通常包括1个或多个stage,每个stage由定子叶片组和转子叶片组组成。并且相邻叶片组的叶片数量也是不相同的。每组叶片的periodic
angle不同的时候,无法用MRF模型建立周期性流场。这种情况可以用Mixing
Plane模型来简化计算。
无论叶片组上有多少的叶片, Mixing Plane模型中每个叶片组只需要一个叶片来代表。
转速不同的流域之间用一对interface面相接。在interface面上,FLUENT计算出上游出口的流动情况的平均profile,这个平均profile被当作边界条件传递给相邻的下游入口。
2. MPM模型的优点:
a. 可用于稳态计算,节省时间。
b. 每组叶片只用一个叶片来代表,网格数量少,节省计算资源。
c. 叶片组之间的交互影响的处理比MRF中更令人满意。
3. MPM模型的局限性:
a. 忽略了尾迹效应(wake effect)和冲击波(shock wave)
b. 可以接受一些back flow,但back flow较大时应避免采用MPM模式
MPM模型对back flow的处理:back flow流向垂直于边界
back flow的物理参数从下游的profile中计算出
c. 当stage间的距离减小时,MPM模式的误差增大。(因为stage间的交互影响增大了)
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