Fluent Tutorials｜10 压缩机叶列稳态及瞬态模拟
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本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了在Fluent中进行MPM（Mixing Plane Model）模型设置的详细步骤，包括创建混合平面、指定拓扑结构、选择边界条件、设置求解方法、初始化及求解计算等。此外，还涉及了瞬态计算中的特殊设置，如将计算设置为瞬态、修改参考值和区域设置等。通过监测压比、出口流量和工作效率等参数，以及查看中间面上的物理量分布，得到了计算结果。同时，也指出了Fluent原生MP模型处理方式与CFX中的差异，并提到了MP模型在Fluent中可能逐渐被边缘化的趋势。
本算例演示分别利用稳态mixing plane法及瞬态pitch-scale方法模拟计算压缩机的工作性能。
本算例演示以下操作：
建立混合平面和pitch scale turbo interface模型模拟压缩机中的流动 描述壁面运动和其他边界条件 指定适当的求解器设置 添加及监控表达式 计算表达式并显示云图
1 问题描述
本算例模拟压缩机的内部流场。该压缩机由进口导叶、转子和定子组成。该几何模型为4.5级轴向汉诺威压缩机的前三排(由汉诺威技术开发公司提供)。进口导叶包含26个叶片，转子包含23个叶片，其转速为17100转/分，定子中包含30个通道。入口总压为60000 Pa，出口总压为60500 Pa。算例将利用稳态混合平面和瞬态转子/定子pitch-scale方法计算压缩机的效率。
压缩机叶片几何模型如下图所示。
2 Fluent设置
以3D、Double Precision模式启动Fluent 2021R2 利用菜单File → Read → Mesh… 读取计算网格hannover_1.5Stage.msh
计算网格如图所示。
2.1 General设置
General面板保持默认设置
2.2 Models设置
启用能量方程
采用SST k-omega湍流模型
2.3 Materials设置
设置Air的材料属性 修改 Density为ideal-gas，其他参数保持默认设置
2.4 计算区域设置
设置计算区域 b-rotor1选择Frame Motion 确认Rotation-Axis正确设置为z轴方向 设置Rotational Velocity > Speed为17100 rpm 其他参数保持默认设置
2.5 操作条件设置
打开Operating Conditions设置对话框 指定Operating Pressure为0 Pa
注：当流体介质密度设置为ideal-gas时，常将参考压力设置为0，这样计算区域内的压力为绝对压力。
”
2.6 边界条件设置
设置边界 inlet指定Gauge Total Pressure为60000 Pa 指定Supersonic/Initial Gauge Pressure为58000 Pa 进入Thermal 标签页，指定Temperature为288.15 K 其它参数采用默认设置
设置边界 outlet指定Gauge Pressure为60500 Pa 激活选项Radial Equilibrium Pressure Distribution 及Average Pressure Specification 设置 Backflow Direction Specificaiton Method为From Neighbouring Cell 进入Thermal 标签页，指定Temperature为300 K 其它参数采用默认设置
默认情况下，当某个流体区域旋转时，附着到该流体区域上的所有壁面都将为旋转壁面。由于转子存在一个叶尖间隙，以及护罩在绝对参考系中是静止的，因此需要修改rotor1-shroud 面边界条件。设置转子的壁边界条件 选择壁面运动形式为Moving Wall 激活选项Absolute 及Rotational 指定旋转原点与旋转轴的方向
设置进口导叶、转子和定子的旋转周期边界条件。同时选中边界periodic_igv-per-per-side2 与Symmetry-15 ，点击鼠标右键，选择弹出菜单项Periodic…
弹出的对话框中进行如下设置 设置Zone Name 为periodic-igv 设置Type 为Conformal 设置周期类型为Rotational 指定旋转轴原点**（0 0 0），指定旋转轴向量为（0 0 1）** 点击按钮Create 创建周期边界
相同方式将边界periodic_rotor1-per-sdie2_rotor1-per-side-1 及symmetry-18创建为周期边界，命名为**periodic_rotor ** 相同方式创建边界periodic_stator1-per-side-1_stator1-per-side2 及symmetry-27的周期边界，命名为periodic_stator
2.7 创建混合平面
激活标签页Turbo Model 下的Enable项
点击按钮**Domain → Turbo Model → Turbo Create...**弹出设置对话框 设置Mesh Interface 为**rotor1-tipgap-int ** 选择边界tip-r1-side1 与tip-r1-side2 点击按钮Create/Edit
类似方式创建交界面mpm1 ，如下图所示 指定交界面区域分布为igv-r1-upstream与igv-r1-downstream 激活选项General Turbo Interface 激活选项Mixing Plane
如下图所示，采用相同方式创建混合平面mpm2
2.8 指定拓扑结构
选择按钮Domain → Turbo Model → Turbo Topology... 打开设置对话框 如下图所示选择Hub 边界
如下图所示选择Casing 边界
如下图所示选择Theta Periodic 边界
如下图所示选择Inlet 边界
如下图所示选择Outlet 边界
如下图所示选择Blade 边界
2.9 指定求解方法
采用默认计算方法
2.10 设置计算监测
监测入口总压，命名为ave_po_in
监测出口总压，命名为ave_po_out
监测入口总温ave_to_in
监测出口总温ave_to_out
监测出口流量mfr_1psg_out
新建一个监测表达式
如下图所示定义监测物理量p-ratio
定义监测表达式mfr_out_360
定义监测物理量iso_efficency，定义为 ( ({ave_to_in}* ( {p-ratio}**(0.4/1.4) - 1))/({ave_to_out}-{ave_to_in}) ) * 100.00
2.11 收敛残差设置
如下图所示设置残差
2.12 进行初始化
进行Hybrid初始化
2.13 求解计算
如下图所示设置求解参数
计算监测得到的压比
计算监测得到的出口流量
计算监测得到的效率
2.14 计算结果
创建等值面
选择区域a-igv创建中间面igv-span=0.5，如下图所示
选择区域b-rotor1创建中间面rotor-span=0.5，如下图所示
选择区域c-stator1创建中间面stator-span=0.5，如下图所示
查看中间面上的物理量分布
点击Draw Mesh 按钮，选择显示边界 igv-hub, igv-vane, rotor1-blade,rotor1-hub, stator1-hub 及stator1-vane 速度分布如下图所示
压力分布如下图所示
温度分布如下图所示
3 采用瞬态计算
MPM模型是不可以用于瞬态计算的，若想要将其用于瞬态计算，则需要对一些参数进行修改。
3.1 General设置
选择选项Transient
3.2 参考值设置
修改参考值
注：对于本算例来讲，改不改参考值似乎没什么影响。
”
3.3 区域设置
修改区域b-rotor1 旋转类型为Mesh Motion ，可以通过点击按钮Copy To Move Motion来修改
3.4 边界条件设置
打开边界outlet属性设置对话框，取消激活选项Average Pressure Specification
3.5 Interfaces设置
双击打开mpm1节点，如下图所示，设置Pitch-Change Types 为Pitch-Scale
相同方式设置mpm2的Pitch-Change Types 为Pitch-Scale
3.6 计算参数设置
如下图所示设置时间步长和时间步数
注：转子旋转速度17100 rpm，叶片数量23个，因此时间步长取1/(17100/60)/23=0.000152555 s。
”
3.7 计算结果
监测得到的压比随时间变化曲线
出口流量随时间的变化曲线
工作效率随时间的变化曲线
查看3个中间面上的速度分布
进入View对话框，点击Define… 按钮
如下图所示，选择a-igv，并选择igv-span=0.5，设置Number of Repeats 为2
相同的方式，如下图所示设置
按下图所示设置
速度分布如下图所示
相同方法查看压力分布如下图所示
温度分布如下图所示
注：本算例为Fluent随机算例。算例中的MP模型事实上是借于CFX中的同种模型。Fluent原生MP模型处理方式略有不同。不过从版本发展来看，传统的MP模型似乎日渐式微，存在感越来越低，看着似乎有被废弃的危险。
”
相关文件：
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