基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103226635A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103226635103226635A(43)申请公布日2013.07.31(21)申请号201310139562.X(22)申请日2013.04.19(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人黄思陈志胜(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人梁莹李卫东(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书6页说明书6页附图6页附图6页(54)发明名称基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法(57)摘要本发明提供了一种基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，应用于旋转叶轮机械技术领域，该方法基于三维动网格技术，实现了旋转叶轮机械的非定常流场计算，并且具有较传统滑移网格法更快的迭代速度。CN103226635ACN103265ACN103226635A权利要求书1/2页1.基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，将旋转叶轮机械中设有叶轮的旋转工作区域以及与旋转工作区域直接连接的区域定义为计算域，使用机械制图软件构造计算域的三维实体，形成三维实体文件；第二步，使用网格划分软件读取三维实体文件，对计算域进行网格划分，得到三维的初始网格，形成网格文件；第三步，使用计算流体动力学软件读取网格文件，并进行物性参数设置；所述物性参数设置包括运动边界的设置；所述运动边界的设置是指，运动边界的界面设置为叶轮计算域的边界面，运动规律设置为绕轴转动，运动方式设置为Profile方式；第四步，使用计算流体动力学软件，依次对计算周期中各个时间步的数值进行计算；每个时间步的数值计算在计算所得的数值收敛后完成；当一个时间步的数值计算完成后，通过更新叶轮计算域网格和临近叶轮计算域部分的网格节点，重构下一时间步网格，重构下一时间步网格采用两种方案：（1）对网格尺寸和畸变率在容许范围内的区域，采用弹簧光滑法结合动态分层法得到下一时间步的网格节点，然后通过守恒定律和插值运算从现有网格得到下一时间步网格的物理量，从而重构下一时间步的网格；（2）对网格尺寸和畸变率超出容许范围的区域，重新划分网格；下一时间步网格重构后，计算下一时间步的数值，直到完成最后时间步的计算。2.根据权利要求1所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，所述第四步中的采用弹簧光滑法结合动态分层法得到下一时间步的网格节点是指，对网格尺寸和畸变率在容许范围内的区域，采取弹簧光滑法，将该区域的网格边视为网格节点连接的弹簧，以边界位移作为弹簧的边界条件，通过求解弹簧的力平衡方程得到下一时间步的网格节点的位置，同时通过动态分层法，根据边界的位移量动态地增加或减少边界上的网格层，使计算域网格层保持密度。3.根据权利要求2所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，所述第四步中的计算周期是指，叶轮计算域旋转360°所需的时间。4.根据权利要求3所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，所述第四步中的数值收敛的判断方法有两种：（一）以残差值的变化判断；（二）编写程序对数值进行监测。5.根据权利要求1所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，所述第三步中的物性参数设置还包括：设置计算域入口为压力边界条件；设置计算域出口为质量流量边界条件；设置非定常流动计算采用标准k-ε湍流模型；设置时间步长Δt；设置非定常流动计算的初始条件，所述初始条件采用定常流动的收敛解。6.根据权利要求5所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，所述第三步中的时间步长Δt的取值范围为：其中，n为叶轮的转速值，Z为叶片数，k为＞1的整数。7.根据权利要求5所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，所述第三步中的初始条件采用的定常流动的收敛解是通过转子冻结法计算得出。2CN103226635A权利要求书2/2页8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，所述第二步中的网格划分软件采用ICEM软件。9.根据权利要求1-7中任一项所述的基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法，其特征在于，所述第三步和第四步中的计算流体动力学软件采用Ansys-Fluent软件。3CN103226635A说明书1/6页基于三维动网格的旋转叶轮机械非定常流场的计算方法技术领域[0001]本发明涉及旋转叶轮机械技术领域，更具体地说，涉及一种用于旋转叶轮机械的非定常流场的计算方法