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叶轮机械CFD分析周期性网格设置方法

日期:2021-11-04 15:45:21 


叶轮机械在人类生活中扮演着非常重要的角色,各类水泵、风机、压缩机、推进器等旋转机械部件,为高效的生产和舒适的生活提供了源源动力。对于叶轮机械而言,流体性能的好坏至关重要,传统的叶轮机械设计是以实验为基础的设计,设计周期长,同时费用高,而通过应用CFD技术,则可以大大降低设计周期和成本,并能够准确给出设备的整体流动性能和局部流动细节,预知可能的问题并提前进行优化。



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周期性几何简化

由于叶轮机械的局部特征对流场结果的准确性至关重要,在进行网格划分的过程中,常常需要对叶片、轮毂等局部细小特征进行高分辨率的捕捉,因此导致最终划分的叶轮机械流场网格量巨大无比,求解效率较低。


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而实际上,叶轮机械几何及流场都具有周期性的特点,为了优化求解速度,我们完全可以充分利用这一特点,提取出叶轮机械的周期性几何进行分析,如下图所示,在几何工具中截取具有周期性的流体域,提取的时候要注意,我们需要得到的是转动周期性区域,我们可以根据叶片的数量进行角度计算,并通过旋转轴截取固定角度的扇形周期区域。


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周期性网格控制

通过ANSYS Workbench导入几何,并应用ANSYSMeshing进行网格划分。为了便于后续Fluent进行周期面的设置,我们可以使用Meshing中的“Match Control”工具对周期面上的网格设置。


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如下图所示,应用Match Control工具,可以确保周期面上的网格对应,这样当网格导入Fluent中时,可以直接建立一致性网格的周期面。

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周期性界面设置

将已经划分的网格导导入Fluent中,如果周期面对应的named selection前缀为periodic,导入Fluent后,网格将会自动设置周期边界,否则需要按照以下方法进行周期面设置:


(1)对相关计算域指定旋转轴,如下图所示。

 

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(2)在控制台中输入命令“/mesh/modify-zones/make-periodic”,并分别输入周期面对应的ID号,按照提示创建旋转周期面。

 

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(3)完成周期面边界设置后,在边界条件中会出现periodic的边界,即表示周期边界创建成功。


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周期性显示后处理

当完成所有的求解工作后,通过Fluent的后处理功能可以进一步对完整流场进行显示,如下图所示,在View中对周期显示区域进行设置,最终将可视化结果还原为整个叶轮,使结果显示更加直观清晰。

 

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