谈一谈CFX中旋转机械稳态仿真的冻结转子和混合平面模型
作者:跑进CAE新时代
旋转机械的数值仿真具有诸多特殊之处,比如,旋转机械一般具有转动的转子叶轮和静止的静子叶轮,出于设计考虑往往动静叶片数不等且互为质数。
针对含有运动域的仿真,CFX的解决方案是利用参考系运动的稳态仿真方法,对于动静叶片数不等的解决方案,在减小计算成本的前提下,动静各自取了单周期的网格,即存在了交界面数据传递的问题了,在稳态仿真时CFX时怎样解决的呢?
稳态求解计算时,ANSYS CFX给出了两种解决方案,一是Frozen Rotor“冻结转子法”,二是Stage“级间平均法,也称混合平面法”,很多朋友在在两种方法的选择上存在很多疑惑,现就上述两种方法进行一下讨论。
FrozenRotor:
坐标系改变,但转子与定子之间的相对位置不变,参考坐标系之间不考虑旋转的相互影响,相当于准稳态计算。在冻结转子模型下,组件间是有个固定的相对位置的,但是可以考虑坐标的变换和节距(360/叶片数)的改变的。冻结转子模型可以这样理解,静止域“观察” 旋转部件是处于一个固定的位置。
该种方法适合于流体速度远大于交界面位置的机械转动速度时(即转速较慢),此模型计算量最小,计算成本最低。
该模型具有一定的适用性,当交界面上的通流速度相对机器旋转速度较大时,此模型误差较小。在参考坐标系变化时,交界面上的瞬态影响不予考虑,虽减小了计算成本但也牺牲了一定的计算精度。再者就是需要上下游节距比Pitch ratio尽量为1,以最大程度的减小误差。
Stage:
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