径向压缩机

推荐的过程

使用稳态量化

运行非稳态分析之前，首先必须证明模型的合格性，方法为通过稳态模拟精确预测风扇性能曲线。在非稳态分析中，使用可实现 K-Epsilon 或 K-Omega SST 湍流模型，以便与 DES 模型保持一致。

要避免压力反射，需要在入口或出口处设置自由流边界，具体取决于哪一侧最重要。在稳态分析中，如果入口和出口处都存在自由流边界，将导致不稳定。如果需要控制质量流量，则在下游边界上设置质量流量，因为入口侧的声学特性通常更重要。

使用可压缩流

由于这些机器的运行条件，因此使用可压缩流进行建模非常关键。峰值马赫数通常位于超音速范围内，并且会存在气道激波导致的“阻塞”区域。当冲击波横跨叶片压力和抽吸侧之间的整个空间时，会发生阻塞。

关于获取稳态性能曲线的建议

1. 使用 GSI（网格排序初始化）初始化流场。
2. 对于高速径向压缩机，验证表明混合平面交界面优于冻结转子。
3. 分离求解器优于耦合求解器，因为后续步会进入瞬态，速度绝对更快。两者之间的预测精度微不足道。
4. 叶片上的高和低雷诺数分辨率之间存在边际差异。首选高雷诺数壁面处理，因为网格可以更粗糙，且网格排序初始化更有效。实践表明低雷诺数网格生成的预测更精确。可以细化网格并在高和低雷诺数预测之间进行插值。
5. 首选边界条件组合为使用滞止入口和静压出口。首先，在入口和出口之间设置一个低压力比。要获取压力比更高处的点，需要增大背压。当压力比达到设备的最大值时，需要激活在压力边界属性中设置的目标质量流量。当 Simcenter STAR-CCM+ 仍通过连续校正应用出口压力时，可使用此设置精确控制质量流量。（还可以使用替代边界组合 - 可以选择稳态下的入口质量流量边界或出口质量流量边界。执行非稳态分析时，首选出口质量流量边界。）
6. 与 Spalart Allmaras 湍流模型相比，SST K-Omega 湍流模型的边际似乎更精确，因为条件接近阻塞流。否则，二者的精度级别类似。

当在 48 个处理器上运行 4–6 百万网格单元网格时，可在大约一天内生成一条具有 10 个点的性能曲线。

消除反射边界效应

1. 从入口和出口边界处的稳态运行中提取质量流量平均值马赫数、压力和温度的报告。
2. 将稳态案例入口边界类型更改为 Freestream(自由流)，然后从稳态报告设置马赫数、压力和温度。
3. 使用这些新的边界设置运行模拟，直到收敛。
4. 确保压力比和质量流量保持不变。或者，一直等到入口和出口间的质量流量平衡。

非稳态模拟建议

1. 从收敛的稳态求解启动非稳态模拟，如上一节所述。
2. 转换为瞬态。
3. 使用 SST k-omega 模型将湍流模型更改为分离涡模拟 (DES)。
4. 应用建议的分离流设置。
5. 如果网格单元质量允许混合 = 0.3，则使用分离流模型设置混合-有界中心差分 (BCD) 或完整 BCD。使用二阶时间。
6. 冻结壁面距离求解器。
7. 运行案例。
8. 运行 100 到 200 次完全旋转，以获得良好的统计样本进行数字信号处理。

在 48 个处理器上运行由 400 万到 600 万个网格单元组成的网格时，可以使用一天大约运行 15 次完全旋转的这些设置。

选择瞬态或谐波平衡

径向压缩机通常位于下游涡形管、扩散器轮叶或其他不旋转的几何附近。模拟该系统的正确方法是考虑旋转和固定零部件（即下游尾流）的周期相互作用以及导流板、叶片和支撑的上游压力阵风。

在 Simcenter STAR-CCM+ 中对径向压缩机进行建模的方法有两种：使用瞬态刚体运动（滑动网格）或谐波平衡方法。与使用冻结转子或混合平面定子-转子交界面的稳态近似相比，这两种方法更耗时，但更精确。谐波平衡方法快于瞬态法。但是，谐波平衡方法只能求解基于已求解模式（叶片划过频率、谐波和斯特罗哈脱落）的速率。它不求解与已求解湍流关联的宽带噪声。

推荐的时间步

推荐的求解器设置