谈一谈CFX中旋转机械稳态仿真的冻结转子和混合平面模型

作者：跑进CAE新时代

       旋转机械的数值仿真具有诸多特殊之处，比如，旋转机械一般具有转动的转子叶轮和静止的静子叶轮，出于设计考虑往往动静叶片数不等且互为质数。

       针对含有运动域的仿真，CFX的解决方案是利用参考系运动的稳态仿真方法，对于动静叶片数不等的解决方案，在减小计算成本的前提下，动静各自取了单周期的网格，即存在了交界面数据传递的问题了，在稳态仿真时CFX时怎样解决的呢？

        稳态求解计算时，ANSYS CFX给出了两种解决方案，一是Frozen Rotor“冻结转子法”，二是Stage“级间平均法，也称混合平面法”，很多朋友在在两种方法的选择上存在很多疑惑，现就上述两种方法进行一下讨论。

FrozenRotor:

        坐标系改变，但转子与定子之间的相对位置不变，参考坐标系之间不考虑旋转的相互影响，相当于准稳态计算。在冻结转子模型下，组件间是有个固定的相对位置的，但是可以考虑坐标的变换和节距（360/叶片数）的改变的。冻结转子模型可以这样理解，静止域“观察” 旋转部件是处于一个固定的位置。

       该种方法适合于流体速度远大于交界面位置的机械转动速度时（即转速较慢），此模型计算量最小，计算成本最低。

       该模型具有一定的适用性，当交界面上的通流速度相对机器旋转速度较大时，此模型误差较小。在参考坐标系变化时，交界面上的瞬态影响不予考虑，虽减小了计算成本但也牺牲了一定的计算精度。再者就是需要上下游节距比Pitch ratio尽量为1，以最大程度的减小误差。

 Stage:

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