FLUENT在旋轉(zhuǎn)動力機械中的應(yīng)用-SRF，MRF

2016-09-30 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

這篇是《Introduction to Rotating Machinery Analysis Using FLUENT》的學(xué)習(xí)筆記,主要講的是用SRF, MRF, Mixing plane model,slid mish來處理旋轉(zhuǎn)動力機械問題的仿真。因為對SRF, MRF和Slide Mesh已經(jīng)非常熟悉了,所以筆記中只記錄了部份之前沒注意到的地方。

I. 旋轉(zhuǎn)動力機械的分類

1. Axial Machines(軸向機械):流體的流動沿旋轉(zhuǎn)軸軸向方向穿過機械設(shè)備內(nèi)的流域

例如:螺旋槳推進器,軸流式風(fēng)機/壓縮機/渦輪機/旋流器

2. Centrifugal Machines(離心式機械):流體的流動沿與旋轉(zhuǎn)軸垂直方向穿過機械設(shè)備內(nèi)的流域

例如:液泵,離心風(fēng)扇/壓縮機,放射狀渦輪

3. Mixed flow:流動介于軸向式和離心式之間

例如:攪拌tank

II. 轉(zhuǎn)動部件和靜止部件之間相對運動引起的不穩(wěn)定相互影響:

1. 潛在相互影響:從上游和下游傳播來的壓力波動引起的流動不穩(wěn)定性

2. 尾跡效應(yīng)的影響:從上游向下游傳遞的尾跡引起的流動不穩(wěn)定性

3. 沖擊波影響:對于亞音速/超音速流動,沖擊波沖擊下游扇葉引起的不穩(wěn)定性

MRF和MPM都忽略了這些相互作用,因此只限于用在這些交互作用很弱的流動問題上。

而Slide Mesh模型對這些交互作用的預(yù)測比較準(zhǔn)確。

III. FLUENT處理旋轉(zhuǎn)動力機械問題的4種模式:

1. SRF (Single Rotating Frame):整個流場都以同一旋轉(zhuǎn)參考系為參考(最簡單的模式,不再贅述)

2. MRF(Multiple Rotating Frame):有一個以上的參考系,忽略流域之間的相互影響。在流動穿過轉(zhuǎn)動區(qū)域(流進然后又流出轉(zhuǎn)動區(qū)域的外邊界)的地方可能得出誤導(dǎo)性的結(jié)果。

3. MPM (Mixing Plane):對于有多組扇葉而且相鄰兩組扇葉的扇葉數(shù)量不一樣的旋轉(zhuǎn)動力機械,不能用MRF模型建立周期性流場,此時可用Mixing Plane模式建立周期性流場。

4.SMM (Slide Mesh) : Slide Mesh模型考慮了所有流域間相對運動引起的交互影響,可以得到比較精確的結(jié)果。但只能用于瞬態(tài)計算,耗費計算資源較大。

Ⅳ. MPM (Mixing Plane)模型

1. 為什么要用MPM模型?

渦輪機械,不管是軸向式還是離心式,通常包括1個或多個stage,每個stage由定子葉片組和轉(zhuǎn)子葉片組組成。并且相鄰葉片組的葉片數(shù)量也是不相同的。每組葉片的periodic angle不同的時候,無法用MRF模型建立周期性流場。這種情況可以用Mixing Plane模型來簡化計算。

無論葉片組上有多少的葉片, Mixing Plane模型中每個葉片組只需要一個葉片來代表。

轉(zhuǎn)速不同的流域之間用一對interface面相接。在interface面上,FLUENT計算出上游出口的流動情況的平均profile,這個平均profile被當(dāng)作邊界條件傳遞給相鄰的下游入口。

2. MPM模型的優(yōu)點:

a. 可用于穩(wěn)態(tài)計算,節(jié)省時間。

b. 每組葉片只用一個葉片來代表,網(wǎng)格數(shù)量少,節(jié)省計算資源。

c. 葉片組之間的交互影響的處理比MRF中更令人滿意。

3. MPM模型的局限性:

a. 忽略了尾跡效應(yīng)(wake effect)和沖擊波(shock wave)

b. 可以接受一些back flow,但back flow較大時應(yīng)避免采用MPM模式

MPM模型對back flow的處理:back flow流向垂直于邊界

back flow的物理參數(shù)從下游的profile中計算出

c. 當(dāng)stage間的距離減小時,MPM模式的誤差增大。(因為stage間的交互影響增大了)