利用Fluent计算 Goldman 定子叶片中跨处的气流，以评估 Fluent 预测涡轮机械应用中常见的复杂流动特征的能力。

 

参考文献：Goldman, L.G., & McLallin, K.L. (1977). Cold-Air Annular Cascade Investigation of Aerodynamic Performance of Core-Engine-Cooled Turbine Vanes: In Solid Vane Performance and Facility Description, NASA Technical Memorandum X-3224.

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1 问题描述

对 Goldman 定子叶片中跨处的气流进行二维分析，以评估 Fluent 预测涡轮机械应用中常见的复杂流动特征的能力。计算域几何模型如图所示，入口与出口分别位于距离前缘和后缘约 0.03 m 处，选择这些位置是为了确保它们的存在不会影响叶片附近的预测。

计算参数如下。

• 流体介质
• 密度：ideal gas
• 粘度：1.78e-5 kg/(m-s)
• 边界条件
• 入口：速度 71.75 m/s
• 周期边界

雷诺数基于叶片的弦长，自由流雷诺数约为 500,000，因此流动为湍流流动。入口马赫数约为 0.2，这意味着亚音速流动。

计算网格如图所示。

2 Fluent 设置

• 以 2D、Double Precision 方式启动 Fluent，并读取计算网格 EX71.cgns

发现计算网格的周期面没有被分割开，可以使用Separate进行分割。

• 选择Domain → Separate下的Faces...按钮打开设置对话框

• 选择Options为Region，选择Zones列表下的periodic-1，点击Separate按钮进行分割

2.1 General设置

采用默认设置。

2.2 Models设置

• 激活 Energy 启用能量方程

• 采用 SST k-omega 湍流模型

2.3 Materials设置

• 指定密度为 ideal-gas，其他参数保持默认设置

2.4 边界条件设置

1、inlet 边界

• 指定入口总压 101320 Pa，表压为 90000 Pa

• 指定入口总温为 288 K

2、outlet 边界

• 指定出口表压为 71583 Pa

• 指定出口回流总温为 288 K

3、周期边界

• 同时选中选择边界periodic-1及periodic-1:011，点击弹出菜单项Periodic… 打开周期边界设置对话框

• 如下图所示，采用默认设置，点击Create按钮创建周期边界

2.5 操作条件设置

• 打开Operating Conditions对话框，指定Operating Pressure为0 Pa

2.5 Methods设置

• 采用默认方法进行计算

2.6 Monitor设置

• 指定残差为1e-6

2.6 初始化计算

• 采用Hybrid Initialization进行初始化

2.7 迭代计算

• 迭代计算700步

3 计算结果

• 压力分布

• 速度分布

• 右键选择模型树节点Custom Field Functions，点击弹出菜单项New…打开设置对话框

• 新建场变量normalized-pressure，其为无量纲压力

• 绘制壁面边界le、ps及ss上场变量的分布，并与试验数据进行比较

计算结果与试验数据比较结果如下图所示。

（完）