轴向风扇

推荐的做法

使用稳态量化

在运行瞬态分析之前，首先使用稳态模拟确保有效预测风扇性能曲线，以此量化模型，这一点至关重要。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，将入口或出口边界设为自由流，具体取决于哪一侧重要。如果需要控制质量流量，则在距离风扇更远的边界处设置质量流量。目标在于使边界到风扇的距离至少为十个风扇直径。

使用可压缩流

相对于定子传送的转子将产生流量和压力脉动，严格来说，这些是可压缩现象。此类脉动可能会在系统中累积质量（单极），而不可压缩计算不允许这种情况。即使在马赫数较低的情况下，可压缩性仍然为首选因素。

关于获得稳态性能曲线的建议

1. 不需要执行特殊的初始化过程。要加速收敛，设置初始轴向速度以给出通过风扇的预期质量流量。
2. 混合平面和冻结转子之间不存在优先级之分。
3. 分离求解器最好为耦合，因为后续存在明显更快的瞬态时间步。两者之间的预测精度微不足道。对稳态和瞬态计算使用相同的求解器，最大程度地减少整个流体范围内的干扰。
4. 预测风扇性能时，首选叶片上的低雷诺数求解。
5. 使用根据实验条件获得的已知边界条件（压力-压力或质量流量-压力）开始运行。
6. 对边界上的马赫数进行采样，然后根据采样压力、马赫数和温度平衡将稳态边界条件重置为自由流。
7. 使用自由流边界运行，系统将重新进行自我调节以达到正确的质量流量/压力平衡。

使用推荐的设置，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，在大约一天的时间里可生成一条包含 10 个点的性能曲线。

非稳态模拟建议

1. 使用所述的非反射边界从稳态求解开始声学模拟。
2. 使用 SST k-omega 模型将湍流模型更改为分离涡模拟 (DES)。
3. 使用推荐的分离流设置。
4. 如果网格单元质量允许混合因子 = 0.3，则使用分离流模型设置：混合有界中心差分 (BCD) 或全 BCD。由于整个滑动网格不正交，因此可能需要此较高的混合因子。使用二阶时间。
5. 冻结壁面距离计算。要计算壁面阻尼特征，壁面距离必须大体靠近表面。由于近壁距离不可能更改，因此在每个时间步计算此距离效率低下。
6. 转换为瞬态并运行。
7. 运行 100-200 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 次完全旋转的设置。

选择瞬态或谐波平衡

用于发动机舱冷却或构建 HVAC 的轴向风扇放置在外壳、安装支架或其他非旋转几何附近。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，可采用两种方法对轴向风扇建模：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，谐波平衡方法可对基于已求解模式（叶片通过频率、谐波和斯特罗哈脱落）的声音进行求解。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