搜索FLUENT在旋轉動力機械中的應用-SRF，MRF
2016-09-30 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
這篇是《Introduction to Rotating Machinery Analysis Using FLUENT》的學習筆記,主要講的是用SRF, MRF, Mixing plane model,slid mish來處理旋轉動力機械問題的仿真。因為對SRF, MRF和Slide Mesh已經非常熟悉了,所以筆記中只記錄了部份之前沒注意到的地方。
I.
旋轉動力機械的分類
1. Axial Machines(軸向機械):流體的流動沿旋轉軸軸向方向穿過機械設備內的流域
例如:螺旋槳推進器,軸流式風機/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軸垂直方向穿過機械設備內的流域
例如:液泵,離心風扇/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. 轉動部件和靜止部件之間相對運動引起的不穩定相互影響:
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定性
2.
尾跡效應的影響:從上游向下游傳遞的尾跡引起的流動不穩定性
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測比較準確。
III. FLUENT處理旋轉動力機械問題的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。在流動穿過轉動區域(流進然后又流出轉動區域的外邊界)的地方可能得出誤導性的結果。
3. MPM (Mixing
Plane):對于有多組扇葉而且相鄰兩組扇葉的扇葉數量不一樣的旋轉動力機械,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果。但只能用于瞬態計算,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由定子葉片組和轉子葉片組組成。并且相鄰葉片組的葉片數量也是不相同的。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被當作邊界條件傳遞給相鄰的下游入口。
2. MPM模型的優點:
a. 可用于穩態計算,節省時間。
b. 每組葉片只用一個葉片來代表,網格數量少,節省計算資源。
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(wake effect)和沖擊波(shock wave)
b. 可以接受一些back flow,但back flow較大時應避免采用MPM模式
MPM模型對back flow的處理:back flow流向垂直于邊界
back flow的物理參數從下游的profile中計算出
c. 當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)
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