numeca教学

Numeca教程1.NUMECA介绍CFD商用软件Fine/Turbo是布鲁塞尔自由大学与瑞典航空研究所共同为欧洲空间发展中心开发的航天飞行器计算软件“EURANUS”，后来发展为通用性的商业化软件，上世纪90年代中期开始推向市场。它可用于任何可压或者不可压、定常或者非定常、二维或者三维的粘性或者无粘流动的数值模拟。NUMECA的FINE系列分析软件包有分别针对内流和外流的TURBO和AERO，以及内、外流均可计算的采用非结构自适应网格的HEXA模块。该软件包的组成主要包括前处理、求解器和后处理三个应用模块。FINE界面主要包括前处理IGG/Autogrid、求解器EURANUS和后处理CFView和监视模块Monitor。FINE负责用户—求解器、求解器—前后处理器/监视器之间的数据传递，并提供对收敛情况的监视功能。实际上求解器可以后台运行，而前后处理器均可脱离FINE环境单独运行。1.1IGG：交互式网格生成器，可以生成任何几何形状的结构化网格，有简单的作图功能，可以读写IGES格式文件。复杂的三维几何形状一般采用Solidworks或者Pro/E生成IGES文件后读入比较方便。尤其利用IGG/AUTOGRID自动网格生成器模块，可自动生成任何叶轮机械的H形、I形或者HOH形网格，采用准自动的块化技术和模板技术，生成网格速度、质量均远高于其他软件。前处理网格生成器包括IGG及后来开发的Autogrid4&Autogrid5。IGG界面如图所示。在Autogrid出现之前，IGG专用于生成网格，Autogrid出现后，由于其在网格生成过程中的高效率和网格的高质量而替代了IGG，但在生成蜗壳网格和准备生成网格的几何文件时仍需用到IGG。IGG具备简单的几何作图功能，如下图所示。Autogrid：柱形回转面结构(如搅拌器及透平机械)自动网格生成器，可方便、快速地生成包括透平、离心、轴流压缩机、泵、风机、燃气轮机、风力机、航空发动机、增压器、内燃机等多种对象的旋转机械叶片网格。Autogrid4主要用于为Autogrid5生成网格准备几何模板。Autogrid5用于生成网格，其生成网格时的高效率和网格的高质量是其它CFD软件所无法媲美的。1.2EURANUS：求解三维雷诺平均的N-S方程，采用多重网格加速技术：全二阶精度的差分格式，可求解任何二维/三维、定常/非定常、可压/不可压、单级/多级、的粘性/无粘流动。在FINE界面中对各参数设置好之后既可以开始进行迭代计算。1.3CFVIEW：后处理器。可作任何定性或定量的矢量或标量的显示图。特别之处是提供针对透平机械专用的参数显示功能（如子午平均、叶片－叶片），可对叶轮机械的任何S1和S2面进行处理和制作，并且可以对子午流到进行周向平均矢量处理，同时还可以提供自定义变量和动态显示流道内流动状况的功能。在EURANUS计算完成后即可进行后处理。2.计算及后处理过程整个计算过程分以下几步：建模（对于三元叶轮）——处理几何数据——准备几何模板——生成网格——设置参数——进行计算——后处理，其中建模一般在Pro/E或者Solidworks等三维造型软件中完成，处理几何数据至生成网格在IGG及Autogrid中完成，设置参数在FINE中完成，计算在EURANUS中进行，后处理在CFview中完成。2.1建模利用已知叶型坐标的数据点，在三维造型软件中造型，得到三元叶片的实体，如下图所示。一般不用将叶轮所有叶片和轮盖造型出来，只需一个叶片即可，如下图所示。生成实体后，保存为iges格式文件，然后在IGG中打开。2.2处理几何数据2.2.1如上图所示，在IGG中打开2.1中得到的iges格式文件，然后取出ps1，ps2，ss1，ss2线。这里ps指的是pressuresurface，即压力面，ss指的是sucktionsuface，即吸力面，1指的是叶根，即叶片压力面或者吸力面与轮盘交接的一端，2指的是叶顶，即叶片压力面或者吸力面与轮盖交接的一端。2.2.2对于二元叶片，不需要通过造型——取线的方式得到ps1，ps2，ss1，ss2线，只需要对叶片型线的坐标数据进行处理，制作出.dat数据文件。在一个.txt文本文件中，前三行分别输入：#文件名（ps1或ps2或ss1或ss2）坐标系（zr或xyz，这里是对叶片型线处理，所以用xyz坐标系）坐标点数从第四行开始输入坐标点。数据输入完成后，将.txt文件名后缀改为.dat。2.2.3将文件名分别为ps1，ps2，ss1，ss2的文件制作完成后，再重新导入IGG，利用放样（loft）功能，将ps1，ps2线生成ps面，ss1，ss2线生成ss面。2.2.4制作轮盘，轮盖的几何数据文件。同2.2.2中相同，由轮盘（hub），轮盖（shroud）的坐标得到相应的.dat文件。这里首行中的文件名分别为hub、shroud，坐标系为ZR坐标系。至此，几何数据准备工作完成。2.3生成几何模板打开Autogrid4，单击setup，导入相应几何文件，并设置叶片数，叶片伸长量，壁面第一层网格宽度，如图所示。这里壁面第一层网格宽度需要计算得到：ywall为壁面第一层网格大小，单位m；Vref为参考速度，单位m/s；Lref为参考长度，单位m；ν为流体的运动粘性，单位m2/s;Y+为无量纲量，对应不同的湍流模型，有不同的取值范围。这里，Vref取叶轮出口速度，m/s；Lref取叶轮半径，m；通过以上公式可以计算出壁面第一层网格宽度。一般对于空气，离心压缩机的情况常取ywall为0.005。模板设置完成后生成叶片，如下图所示。2.4生成网格将2.3中生成的模板文件导入到Autogrid5中，设置相关参数。对于三元叶轮要设置轮盖与叶轮之间的间隙宽度。设置完成后生成网格，并弹出所生成网格的质量参数 报表 企业所得税申报表下载财务会计报表下载斯维尔报表下载外贸周报表下载关联申报表下载 ，如下图所示。网格数的设置：NUMECA为了加速收敛，采用了多重网格技术。而多重网格的层数是通过网格数目来确定的。因此，为了满足计算时能够采用多重网格，在设置网格数目时就要满足一定的要求。（n>2）多重网格的层数为：min（n）＋1如：17＝24＋1，min（n）＝4，即满足5重多重网格。61＝25＋24＋23＋22＋1，min（n）＝2，即满足3重多重网格。对于网格质量报表，这里一般只关心negtivecells（负网格），minskewness(最小正交度)，maxaspratio（最大长宽比），maxexpratio（最大延展比）四项指标。正交性（Orthogonality）：网格相邻两条边之间相互垂直的程度。二维 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，范围0-90°。正交性表征网格面两条边之间的最小角度。如果两条边的夹角大于90°，则正交性按（180-实际角度）确定。长宽比（AspectRatio)：如图示。二维标准，范围1-10000。如果实际值超出这个范围，重置为10000。12n延展比（ExpansionRatio)：如图示。三维标准，范围1-100。表征相邻两个网格的大小变化。和方向有关。如果实际值超出这个范围，重置为100。如果在某个方向只有一个网格，那么这个参数没有任何意义。最终生成的网格，不能存在负网格，否则计算无法进行。原则上，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。但实际中，很难得到三者兼得得网格质量，所以一般推荐：最小网格正交性角度>5°最大网格长宽比<5000最大网格延展比<10应当尽可能地提高网格质量，以避免不必要的数值误差。对于网格正交性而言，在某些算例中，可能甚至会出现角度小于1的情况。但一般而言，只要不存在负网格，计算就可以进行。2.5设置参数打开FINE界面，导入2.4中生成的网格.trb文件，然后设置相关参数。主要参数有：2.5.1configuration，包括：流体模型，即工质；流动模型，一般选择默认项，即湍流N-S数学模型和S-A湍流模型，特征长度取D2，特征速度取u2，特征密度取进口密度；转速。2.5.2optionalmodels，包括：边界条件，即入口、出口边界条件，周期性边界条件，固壁边界条件。数值模型，即CFLnumber，取值为3；煤层网格最大迭代次数，一般取300；每层网格收敛标准，一般取-4.0，即1x10-4；初始条件。2.5.3output（输出）这里所勾选的变量会在计算过程中对其进行计算，从而在后处理时可以不经CFview计算即输出，总温总压和静温静压作为基本变量系统默认勾选，其它变量均可由此计算得到。为了便于观察，希望勾选尽量多的变量，但变量过多又会降低计算速度，延长计算时间。综合考虑，一般取Vz，Vxyz，Wxyz，absoluteMachnumber，relativeMachnumber，y+输出。2.5.4computationsteering，包括：控制变量，即最大总迭代次数，一般取4000；收敛标准，一般取-6，即1x10-6。以上参数设置完成后，即可开始计算。2.6计算计算由计算机自动进行，完成后自动停止，可通过FINE界面的convergencehistory观察收敛曲线，如下图所示。2.7后处理计算完成后，即可在CFview中进行后处理，即观察流场中各参数的分布情况，为设计改进提供依据。为了观察到较能反映整体流场分布的情况，一般取平均流面进行分析，因此先进行bladetoblade切割，如上图所示，得到两个叶片之间的流面。切割后隐藏掉网格，然后选择需要的参数观察其分布，参数栏如下图所示。也可将其进行环形复制，得到整个叶轮的流场分布，如下图所示。3.注意事项3.1对于三元叶片，在Pro/e中造型时，要对叶片进口处先倒圆角，如下图所示。倒圆角之后，在IGG中导入iges文件并取线时，圆角所在的线需要单独取出来，并把坐标分为两部分，按照从中点到两端的顺序并入ps1，ss1线的坐标中，轮盖侧同样如此。3.2对于二元叶片，不需要造型，而是通过已知坐标点制作.dat文件。由于导入的是xyz坐标，而已知的是回转面上的xy坐标，需要手工添加Z坐标。一般坐标系位置如图所示。Z坐标由叶轮宽度b2确定。另外，为了保证气流平稳，一般在子午面进口及出口处保留30mm左右的延伸段。3.3导入ps1，ps2，ss1，ss2时，应注意先导入ps1，然后是ps2，ss同样如此。另外在取ps1，ps2，ss1，ss2的坐标时，要从入口到出口方向取，即对叶轮从D1到D2方向取，对叶片扩压器从D3到D4取，对回流器从D5到D6取。3.4在Autogrid4中生成几何模板时，叶片生成后，要调整网格生成点的位置使之处在吸力面压力面的交点处，如图所示。3.5Autogrid5中设置参数时，叶轮，扩压器，弯道，回流器的流道数必须相等。3.6在FINE中可以选择工质，如果系统中没有所需工质，可以自行添加新工质。3.7在FINE中计算开始后，若需要暂停计算，可以通过suspend将计算挂起，下次开机后继续进行计算。3.8在CFview中进行后处理时，若需要观察系统未提供变量在流场内的分布，还可以通过definenewvariable进行新变量的定义。3.9对于叶轮+扩压器的算例，先分别生成各自的模板，再在Autogrid5中通过addrow—右键—definegeometry的方式添加扩压器的几何模板文件，最后将两者同时生成网格。在FINE中设置参数时，扩压器，即row2的转速为零，其它与叶轮相同。3.10对于叶轮+扩压器+弯道的算例，hub，shroud线应分别取到弯道出口处。3.11对于叶轮+扩压器+弯道+回流器的算例，通过3.8中类似的方式添加列来导入回流器，与叶轮不同的是回流器入口为D5面，出口为D6面，即从大半径向小半径方向，所以取点时也要从大半径向小半径方向取。3.12对于只有电子版图纸，没有坐标点数据的情况，可以利用CAXA电子图版或者犀牛等软件的取点功能进行取点。3.13计算完成后，可在.mf文件中观察计算结果，如多变效率，等熵效率，静压比，总压比，总温比等外流特性参数。3.14在FINE中设置参数时，转速的正负由右手定则判定：先将Autogrid5中生成的网格导入IGG中，右手四指弯向转动方向，大拇指指向正Z方向则转速为正，否则为负,如下图所示。4.实例4.1外特性，一般需要做出多变效率和静压比随流量变化的曲线，如下图所示。（1）多变效率（1）4.2内特性，即内部流场分布，包括马赫数分布，雷诺数分布，相对速度分布，绝对速度分布等，如下图所示。（2）静压比图3-2XL1叶轮的变工况性能曲线4.3叶轮+叶片扩压器的内流场分布，如下图所示。4.4叶轮+扩压器+弯道+回流器的内流场分布，如下图所示。蜗壳的数值计算1.造型先根据实际情况确定蜗壳的截面形状（梯形，圆形，矩形等）及型式（内置蜗壳，外置蜗壳），然后参考徐忠《离心压缩机原理》中的蜗壳一元设计知识，计算出蜗壳各截面的尺寸，然后在Pro/E或者solidworks等造型软件中进行三维造型，得到蜗壳的三维实体。2.网格由于在NUMECA的Autogrid中无法自动生成蜗壳网格，因此需要在NUMECA的前处理软件IGG中绘制蜗壳网格，主要步骤分为两部分：画网格和定义边界条件。1.绘制网格先导入Pro/E中生成的igs文件，如图所示。然后createnewblock，为了提高网格质量，需要利用蝶形网格，如下图所示。Createnewblockbutterfly最终网格绘制完成后的蜗壳拓扑结构如下图所示。2.定义边界条件对蜗壳中每个block的每个面定义其边界条件：SOL（固壁边界）、EXT（出口）、INL（进口）、ROT（转静子交接面），对于蜗壳进口定义为ROT边界条件，对于通流面定义为FNMb（完全非匹配边界条件）或者CON（匹配边界条件）。边界条件定义完成后，保存。3.导入用Autogrid画好的叶轮网格，然后再导入蜗壳网格文件，并把叶轮出口的边界条件由EXT改为ROT，最终如下图所示。以上工作都完成后，即可将网格文件导入FINE中进行计算，其它设定不变。