FLUENT在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)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(dòng)力機(jī)械問題的仿真。因?yàn)閷?duì)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(dòng)力機(jī)械的分類

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

例如:螺旋槳推進(jìn)器,軸流式風(fēng)機(jī)/壓縮機(jī)/渦輪機(jī)/旋流器

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

例如:液泵,離心風(fēng)扇/壓縮機(jī),放射狀渦輪

3. Mixed flow:流動(dòng)介于軸向式和離心式之間

例如:攪拌tank

II. 轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)引起的流動(dòng)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(dòng)不穩(wěn)定性

3. 沖擊波影響:對(duì)于亞音速/超音速流動(dòng),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(dòng)問題上。

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

III. FLUENT處理旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械問題的4種模式:

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

2. MRF(Multiple Rotating Frame):有一個(gè)以上的參考系,忽略流域之間的相互影響。在流動(dòng)穿過轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域(流進(jìn)然后又流出轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)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(dòng)力機(jī)械,不能用MRF模型建立周期性流場(chǎng),此時(shí)可用Mixing Plane模式建立周期性流場(chǎng)。

4.SMM (Slide Mesh) : Slide Mesh模型考慮了所有流域間相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jì)算,耗費(fèi)計(jì)算資源較大。

Ⅳ. MPM (Mixing Plane)模型

1. 為什么要用MPM模型?

渦輪機(jī)械,不管是軸向式還是離心式,通常包括1個(gè)或多個(gè)stage,每個(gè)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(shí)候,無法用MRF模型建立周期性流場(chǎng)。這種情況可以用Mixing Plane模型來簡(jiǎn)化計(jì)算。

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

轉(zhuǎn)速不同的流域之間用一對(duì)interface面相接。在interface面上,FLUENT計(jì)算出上游出口的流動(dòng)情況的平均profile,這個(gè)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(diǎn):

a. 可用于穩(wěn)態(tài)計(jì)算,節(jié)省時(shí)間。

b. 每組葉片只用一個(gè)葉片來代表,網(wǎng)格數(shù)量少,節(jié)省計(jì)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(shí)應(yīng)避免采用MPM模式

MPM模型對(duì)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(jì)算出

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