叶轮机械CFD分析中周期性网格的设置技巧

前言

叶轮机械在人类生活中扮演着非常重要的角色，各类水泵、风机、压缩机、推进器等旋转机械部件，为高效的生产和舒适的生活提供了源源动力。对于叶轮机械而言，流体性能的好坏至关重要，传统的叶轮机械设计是以实验为基础的设计，设计周期长，同时费用高，而通过应用CFD技术，则可以大大降低设计周期和成本，并能够准确给出设备的整体流动性能和局部流动细节，预知可能的问题并提前进行优化。

周期性几何简化

由于叶轮机械的局部特征对流场结果的准确性至关重要，在进行网格划分的过程中，常常需要对叶片、轮毂等局部细小特征进行高分辨率的捕捉，因此导致最终划分的叶轮机械流场网格量巨大无比，求解效率较低。

而实际上，叶轮机械几何及流场都具有周期性的特点，为了优化求解速度，我们完全可以充分利用这一特点，提取出叶轮机械的周期性几何进行分析，如下图所示，在几何工具中截取具有周期性的流体域，提取的时候要注意，我们需要得到的是转动周期性区域，我们可以根据叶片的数量进行角度计算，并通过旋转轴截取固定角度的扇形周期区域。

周期性网格控制

通过Ansys Workbench导入几何，并应用Ansys Meshing进行网格划分。为了便于后续Fluent进行周期面的设置，我们可以使用Meshing中的“Match Control”工具对周期面上的网格设置。

如下图所示，应用Match Control工具，可以确保周期面上的网格对应，这样当网格导入Fluent中时，可以直接建立一致性网格的周期面。

周期性界面设置

将已经划分的网格导导入Fluent中，如果周期面对应的named selection前缀为periodic，导入Fluent后，网格将会自动设置周期边界，否则需要按照以下方法进行周期面设置：

1）对相关计算域指定旋转轴，如下图所示。

2）在控制台中输入命令“/mesh/modify-zones/make-periodic”，并分别输入周期面对应的ID号，按照提示创建旋转周期面。

3）完成周期面边界设置后，在边界条件中会出现periodic的边界，即表示周期边界创建成功。

周期性显示后处理

当完成所有的求解工作后，通过Fluent的后处理功能可以进一步对完整流场进行显示，如下图所示，在View中对周期显示区域进行设置，最终将可视化结果还原为整个叶轮，使结果显示更加直观清晰。

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