叶轮机械设计：仿真优化实践

在叶轮机械气动性能仿真过程中，可以应用的仿真软件主要有 ANSYS CFX、NUMECA、 ANSYS Fluent、 Pumplinks、 Star CCM+等等。各个软件各有千秋。使用者较多的专业性或专用性的软件是CFX和 NUMECA。

CFX和 NUMECA有着完整的前处理、求解、后处理模块和流程。CFX的网格划分使用 Turbogrid，计算求解用CFX，后处理用CFD-Post。 NUMECA的网格划分使用 Autogrid5，计算求解用 FINE/Turbo，后处理用 Cview。相比而言，两款软件都能很好的提供叶轮机械仿真解决方案。源于 NUMECA FINE/Turbo平台只关注于叶轮机械仿真，在叶轮机械仿真技术上实际领先于CFX，毕竟CFX是一款通用CFD求解平台，且从2003年收购后至今，在功能更新上略显匮乏。

CFX使用的是隐式耦合求解技术，并基于有限元的有限体积法，对六面体网格单元采用24点积分(单纯有限体积法采用6点积分)，对四面体网格单元采用60点积分(单纯有限体积法采用4点积分)，以保证计算求解的准确度。在上述技术加持下，CFX的计算消耗量相对较大。得益于 Workbench平台的便利，CFX可以很好的实现多场耦合计算。

NUMECA使用的多重网格加速收敛技术，使用全多重网格，在粗网格上计算得到结果，作为后续细网格计算的初值，并通过细网格层扫掠计算,最终得到计算结果，得益于软件底层设计及多重网格加速收敛技术的加持，NUMECA计算消耗量不大且计算速度较快。另外，在叶轮机械仿真时的专业的高级的转静子面、时间离散、非线性谐波等方面，NUMECA均创新性的提出并应用了相应的解决方案。

然而，在 NUMECA软件平台中,具有专业的多物理场耦合 Ipcc方法、气动噪声分析 FINE/VNoise、叶轮参数化拟合及造型 AotuBlade、优化平台 FINE/Design3D，使得NUMECA成为目前唯一的一体化的叶轮机械设计分析优化平台。

其他诸如 Fluent、 Star CCM+等通用CFD求解器，也能较好的提供叶轮机械气动仿真解决方案，相比具有具有专用模块的CFX和 NUMECA,通用CFD求解器在叶轮机械仿真前处理、求解和后处理过程中，效率较为低下，精度和准确度相对低一些，计算开销较大。这里需要大家脑补一下周期性计算、B2B拓扑调整、子午展开等概念。

叶轮机械设计仿真优化从业者要想在该领域内闲庭信步，并显得毫不费力，需要深厚的理论知识、丰富的工程经验和设计仿真软件使用精通三个维度的加持。

工欲善其事，必先利其器，选择几本理论书籍、积累工程经验、选择一款优秀的设计仿真软件，是我们通往叶轮机械设计仿真优化成功的必经之路。