FLUENT旋转机械流体仿真方法工程应用实训

课程提要

主要内容及目标

一、引言

CFD在旋转流体机械领域的发展现状

1、CFD的现状和发展趋势

2、CFD在流体机械领域的应用场景和发展前景

3、CFD应用于流体机械的典型工程案例介绍

4、CFD基本理论：控制方程、空间与数学模型的离散化、求解的一般流程

5、常见CFD软件概述、发展现状分析

6、流体机械CFD模拟的特点、基本方法及路线

二、前处理：几何模型的建立

1、流体机械应如何合理地选取计算域，确定计算的几何范围

2、利用第三方几何建模软件（Solidworks、UG等），缩短几何建模的周期

三、前处理：网格划分-导论

1、介绍网格的种类，四面体和六面体网格有何本质区别

2、网格数量确定的原则。网格是否越多越好？合理的网格数量该如何确定

3、介绍网格类型选取的原则            

4、介绍网格划分的利器ICEM的使用方法

四、上机案例：ICEM非结构化网格实例

使用ICEM软件，对一台流体机械进行非结构网格划分

1、从第三方几何建模软件导入几何模型

2、几何模型的清理、拓扑结构的建立

3、精细化控制网格疏密，实现局部加密  

4、网格数量与网格质量之间的平衡

5、初步的网格划分完成后，如何进行微调和进一步优化

6、如何在ICEM设置边界条件类型

7、旋转区域的特殊处理-交界面、多重计算域

五、上机案例：混合网格实例

使用ICEM软件，对复杂几何模型进行混合网格划分，即减少了网格数量，也能够实现高品质网格

1、简单区域采用六面体网格、复杂区域采用非结构化网格

2、利用ICEM中的“分块”工具，实现六面体网格划分

3、分块切割的技巧、点线面映射和关联的方法

4、利用缩放因子等手段，精确控制网格数量

5、网格组装、mesh文件的合并

六、ANSYS Fluent

求解器介绍

1、 Fluent软件介绍

2、Fluent的主要模块、框架、基本工作流程

3、边界条件的类型及设置方法介绍

4、湍流模型选取原则

5、流体物性的正确设置

6、判定计算收敛的标准，及注意事项

七、旋转参考坐标系SRF与MRF模型介绍

1、对基于旋转参考坐标系的SRF与MRF模型进行介绍

2、模型基本理论和数学方法

3、模型限制、适用范围介绍

4、瞬态和稳态计算的区别

八、上机案例：二维离心风机

1、对一台二维风机进行模拟，让叶片转起来

2、采用MRF模型，掌握旋转方向、旋转轴、运动与静止区域的设定方法

3、后处理方法

九、滑移网格

1、滑移网格技术在流体机械模拟中的应用

2、滑移网格与MRF的区别、共同点及切换方法

3、滑移网格设置要点

十、上机案例：流体机械-离心风机

对某企业设计的离心风机进行数值模拟，得到风机内流场、风机压头及流量，最后得到风机效率曲线。通过对叶片结构的优化，将风机效率提高约20%

1、掌握流体机械的模拟方法，让模型转起来

2、介绍滑移网格和MRF模型的区别

3、如何得到风机效率曲线

4、应用CFD流场模拟，对叶片进行优化

5、旋转机械模拟时，如何提高计算收敛性

十一、上机案例：基于动态分离器的物料分离装置模拟

对一台基于动态分离器的物料分离装置进行模拟，该动态分离器本质上是一台风机，这部分模拟方法与风机类似，最终得到分离效率

1、MRF与动网格的综合使用

2、介绍离散颗粒模型的应用

3、固体颗粒入射源设置方法

4、对气体流场和颗粒运动，用动画的方式进行后处理

十二、轴流风机模拟方法：MPM模型

1、MPM模型基本介绍

2、MPM模型的设置方法及技巧

十三、上机案例：轴流压气机模拟

对一台轴流压气机进行数值模拟

1、采用混合平面法进行模拟，只需一个流道，避免了对全部叶片建模后的网格数量过多的问题

2、如何提取计算域，计算域之间如何连接

3、MPM模型的基本设置方法

4、扩展：添加叶片固体区域，进行流固耦合，对叶片进行静力

十四、动网格介绍

1、介绍动网格与Overset mesh的方法

2、动网格的三种方式：铺层、弹簧光顺及重构网格

3、区域与边界的变形及运动

4、使用UDF与Profile描述复杂运动

5、网格预览 

6、时间步长的选取

十五、上级案例：转子压缩机模拟

1、采用动网格对一台转子压缩机进行模拟

2、动网格的设置方法 

3、采用UDF描述圆周运动

4、动画及后处理方法