1、www.numeca-NUMECA FINETM/Turbo 分析规范 v2.0郭然尤迈克（北京）流体工程技术有限公司NUMECA-Beijing Fluid Engineering Co., LTDNUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 2www.numeca-前言本使用准则以提高CFD数值模拟准确性和精准度为目的，从而促进我们共同进步，以FINE/Turbo_v85_1为基础，并将积极吸收采纳各位专家和广大用户的批评和建议，以不断地进行完善和更新。NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 3www.numeca-目录一.模型简化二.计算域设
2、定三.计算域离散化网格“设计”网格质量准则网格检查四.求解过程参数设置网格属性与物性参数可凝结流体转动块定义方式转静子面类型边界条件内存分配收敛标准五.流场可视化处理数据处理方式典型截面方式Y+与Wall distance检查六.如何制作美观图片七.文件夹管理八.技术支持程序附件NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 4www.numeca-模型简化1.合理的几何简化对某些几何细节进行简化和省略，不会对流场结果构成较大影响，是正确的主观的进行问题的简化。 轮背空腔区是一个流动的“死区”，几乎没有流体的流进流出 叶轮单流道的周期性（转速越高，流动越合理，周期性越高） 长
3、叶片根部的倒圆角（倒圆角半径与节距和叶高相比小2个数量级）2.几何失真美国麻省理工学院气象学家洛伦兹的蝴蝶效应也会发生在CFD计算中。 曲率变化大的位置布置过少的控制点（前后缘圆角，离心压缩机回转弯道） 蜗壳舌部相贯线的简化影响喉口截面面积 弯扭叶片沿展向要有足够的截面数目 涡轮增压器的压气机叶轮出口半径30mm，根部倒圆角不可忽略NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 5www.numeca-计算域设定为了实现与试验得到的性能结果的可对比性，计算域的选取是至为关键的。1.进出口管道：如果要与实验数据进行比较，建议选择与实验段相对应的计算域。在设置计算边界条件时，特别
4、是入口条件时，要考虑前部的流动过程，如弯管曲率半径造成速度、气流方向、以及总压分布的不均匀。NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 6www.numeca-计算域设定2.压气机：如果计算域设置在压气机的入口，就直接按照均匀的大气条件给定总温，总压和轴向进气条件；如果计算域的入口设在叶轮前缘不远的上游，那么在设置总压和气流方向时最好要考虑内外环壁边界层的影响，比如可按照指数率给出其分布，边界层厚度可去110mm（与入口面的轴向位置有关，越靠近叶片前缘，厚度越大）。3.涡轮：对于涡轮，计算域入口最好选中进气蜗壳的入口，这里的气流均匀，总压、总温和气流方向均容易确定。NUM
5、ECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 7www.numeca-计算域设定3.涡轮（续）： 只计算向心涡轮的叶轮部分，近似的办法是：可按照蜗壳或导叶出口的条件（特别是气流角）来给出。这时在分析计算结果时，要考虑由于入口边界条件所带来的误差。4.转静子面和计算域进出口：这个位置尽量放置在流场已充分掺混均匀的位置，并且确保在进出口处流动不会发生大尺度的回流。如果有回流发生，就要把出口的位置适当地向下游延伸，同时收缩子午流道宽度。前后叶片排轴向间隙很小时，转静子面位置要较靠近下排叶片前缘，而不是软件默认的中间位置。NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日
6、8www.numeca-网格“设计”适合当前计算要求的高质量网格是“充分考虑+精心设计”，而不是“随意的划分”！工业产品类型目的 定性性能计算：Design3D 数据库样本生成 定量性能计算： 一个叶片排 2030万网格 流场细节定量分析：一个叶片排 5060万网格分析类型 定常计算 非定常计算Sliding Mesh Phase laggedDomain Scaling Non Linear HarmonicNUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 9www.numeca-网格“设计”CFD计算所用的湍流模型 高雷诺数模型 低雷诺数模型 CFD分析计算时间要求和硬件条
7、件NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 10www.numeca-网格设计几何导入及检查 几何属性定义设置Ywall，生成默认网格调整生成子午面网格并检查质量（延展比）调整B2B网格，检查hub&Shroud层网格质量三维网格生成并检查质量保存文件执行网格质量脚本语言，填写Excel表格NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 11www.numeca-网格质量CFD数值模拟的可信度主要取决于求解器的精度的数值精度（如离散格式和计算方法）。在给定求解器的条件下，其计算精度和收敛速度在很大程度上依赖于网格的质量。所以说网格质量很大程度上决定着求
8、解器的数值误差部分。理论上，最小正交性角度越接近90越 好；最大网格长宽比越接近1越好；最大网格延展比越接近1越好。但 由于边界层、激波和尾迹等的存在，以及几何的复杂性，实际上很难得 到三者兼得的网格质量，所以一般推荐： 最小网格正交性角度10（径流叶轮正交性15轴流叶轮30） 最大网格长宽比15 平均正交性75 最大长宽比5 - 平均正交性65 - 最大长宽比5,000 最大延展比5 (包括网格块内和相邻网格块间)NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 17www.numeca-NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 18www.numec
9、a-计算设置创建项目*.iec文件链接网格文件，设置网格属性创建并命名计算名称设定流动工质和流动模型设置转动网格块设定边界条件设定数值参数（第一次计算建议粗网格）设定求解初场设定输出变量 设定控制参数 开始计算 收敛性判定计算设置流程框图NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 19www.numeca-计算设置当计算软件和网格确定以后，计算结果将紧密地与计算设置相关。因此，边界条件一定要按照物理的实际来给定。在给定出口边界条件时（压力条件或流量条件），一定要牢记：任何旋转机械均是在一定的工作范围内（如流量范围）运行的，因此给定的值不能超出这个范围。一般地对于压缩机，建
10、议先从堵塞流量点附近算起，然后再逐渐减少流量或提高背压。对于不可压流体的效率计算，需要输出扭矩和轴向力的计算结果时，应采用区域定义转速方式，并设置TORRO专家参数为1.总总效率，总静效率，静静效率可通过EFFDEF设置多级叶轮机械建议激活RBRSBS 专家参数NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 20www.numeca-网格属性与物性参数网格单位属性(mm，cm ，Inch ，m)，专家参数：IUNIMF合理选择工质类型（Perfect Gas，Real Gas，Incompressible，Condensable Fluid）不可压缩流体密度公式Boussin
11、esq law 或者Barotropic Law*.气体属性温度范围：比如,如果一维二维计算，气体温度范围为300K-500K，那么三维计算，气体的温度范围应为250K-550K，并且留出一定裕度，物性定义的温度范围为200K-600K.NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 21www.numeca-可凝结流体*.对于二氧化碳，水蒸汽，R134a 等制冷剂，进口流体过热度/过冷度30K,建议使用可凝结流体进行验算，因为三维CFD计算可能会出现局部地区压力的升高/ 降低幅度远大于温度的升高/ 降低（温度未达到临界温度），从而发生凝结。定义可凝结流体步骤如下： 新建理想
12、气体 输入可凝结流体在进口状态的粘性和热传导率 保存*.run文件 切换到可凝结流体工质并再次保存*.run文件NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 22www.numeca-转动块设定和转速设定一般情况下根据该叶片排定义该网格块是否转动即可，转速的正负值按照右手坐标系给定。*.切不可在带有远场边界的转动块中求解与相对速度相耦合方程，如水下推进器，风力机，则需要在转动坐标系下，在方程中求解绝对速度，以避免在远场边界的相对速度过大而引入过多的人工耗散，通过设置专家参数IVELSY =0NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 23www.num
13、eca-转静子面类型* 1、此为对定常计算情况，五种都为可选；对非定常计算，不同的非定常方法 采用的交接面类型不同2、转静子交接面不能包括R=0 的区域123451. 周向守恒型连接面2. 当地守恒型连接面（ Volute+Impeller）3. 完全非匹配混合面4. 完全非匹配固定转子交接面（周期必须相等）5. 一维无反射的RS 交接面（目前仅限理想气体）Method Type of interface定常计算Conservative Coupling by Pitchwise Row1， 2， 3， 5Frozen Rotor 4非定常计算Domain Scaling method 1，
14、2， 3Phase lagged method 1， 2， 3Harmonic method 5NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 24www.numeca-转静子面类型Conservative Coupling by Pitchwise Rows1、可以保证质量、动量、能量严格守恒2、沿周向网格的连接方式需一样3、较好的鲁棒性建议大多数情况采用此方法Local Conservative Coupling1、建议只用于叶轮与蜗壳的交接面2、基于矢通量分解，对周向流动变化较大的情况增加求解的稳定性3、物理量并非严格守恒4、求解跨音速问题时可能会引起发散Full No
15、n Matching Mixing plane1、质量、动量、能量严格守恒2、没有网格连接的限制Full Non Matching Frozen-Rotor1、认为转静子连接为完全连接2、在交接面的信息传递过程中忽略动叶的转动3、转静子的周期必须相等Non Reflecting 1D1、用于交接面非常靠近叶片2、用于在交接面上有激波反射的情况NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 25www.numeca-混合面法交接面上物理量进行周向平均面两侧的2个patch在展向覆盖的区域必须相同，展向的网格不必匹配，但周向的网格边界必须为圆弧（Full Non Matching
16、 Mixing plane 此项限制）交接面两侧的patch应在同一个轴对称面上转静子面类型NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 26www.numeca-转静子面类型冻结转子法 动静叶里的流动分别在相对绝对坐标系下求解，最终解取决于动静叶的相对位置，非定常的历史效应被忽略 最适合于叶轮和蜗壳的交接面（流动在周向的变化不能忽略）缺点：1、需要做整周叶轮的通道2、最终的解取决于动叶的位置NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 27www.numeca-1D Non Reflecting LOCCOR = 1 (Default=0) :是一个无
17、反射边界和保持质量守恒的折中专家参数。转静子面类型NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 28www.numeca-边界条件进口边界条件总压、总温和气流角一定要按照实际实验或设计数据给出。出口边界条件时（压力条件或流量条件）任何旋转机械均是在一定工作范围内（如流量范围）运行的，因此给定的值不能超出这个范围。对于压缩机，建议从堵塞流量点附近算起 ，然后逐渐提高背压。固壁面第一级离心压气机叶轮的进口轮毂延伸段处，根据实际情况采用欧拉边界，以免形成不真实的边界层流动。对于不可压流体，需要准确输出扭矩（效率计算）和轴向力，应采用区域定义转速方式严格定义转动壁面，并设置 TOR
18、RO专家参数为1 。*判断进出口为亚音速或超音速边界条件，非过热可凝结流体使用总焓和干度作为边界条件NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 29www.numeca-内存分配WindowsXP 32位系统单进程最大调用内存1.3GLinux32位系统单进程最大调用内存接近232B=4GLinux64位系统单进程理论上是264B= (4G )2*.并行计算如果单CPU 计算需要R MB的内存，那么采用n个CPU 做并行计算时，可在control variables里面修改内存为(1.21.5)*R/n MB. 因为另外需要一个进程做通信进程，总占用内存为(1.21.5)
19、*R*（n+1)/n MB 。NUMECA 用户会议, 北京, 2008年9 月18-19 日 30www.numeca-收敛标准收敛标准：残差是迭代过程中各个基本方程（连续方程、动量方程、能量方程和湍流量输运方程等）是否趋于稳定（收敛）的重要评估参数。计算域内的最大残差或者RSM残差的大小直接反应了收敛精度。一般地将，残差越小越好。由于存在数值精度问题，不可能得到理想的0残差，对于单精度计算的机器，残差一般应该低于1e-06以下为好，这时的计算可以认为是完全收敛。只有在完全收敛的条件下才可相信计算所获得的结果。但对于流动分离严重的计算条件或工况（如小流量工况区）、或者较差的网格质量等情况还是要具体问题具体分析。
