Побудова сіткової моделі розрахункової області Создание блочной топологии сетки конечных элементов в межлопаточном канале

Построение сетки конечных элементов начинается с разделения геометрии на структурные блоки по определенной схеме-топологии (Topology). Поэтому следующим шагом в создании расчетной модели потока в лопаточном венце является создание блочной топологии, на которую опирается сетка. Топология может быть создана в автоматическом и полуавтоматическом режимах. В рамках курсовой работы, предлагается использовать автоматическое определение топологии сетки.

Рис. 18. Топология с предвари­тельно нанесенной сеткой конеч­ных элементов

При построении сетки в межлопаточном канале при использо­вании автоматической топологии ATM Optimized необходимо контролировать количество конечных элементов на входной и выходной кромке (желательно, чтобы их число находилось в интервале 10...20). Для достижения требуемых параметров необ­ходимо регулировать значения Factor Ratio на вкладке Passage.

Таблица 7. Типовые настройки, применяемые во вкладке Passage меню Mesh Data

Название настройки	Действие настройки	Рекомен­дованное значение
Method	Задает способ разбиения межлопаточного канала по высоте проточной части	Element Constant Size
# of Elements	задается общее число элементов по высоте межлопаточного канала	30
Const Elements	число элементов постоянной высоты	10
Hub	определяет значение y+вблизи втулочной концевой поверхности, что определяет размер первого элемента у данного обвода	10
Shroud	определяет значение y вблизи периферийной концевой поверхности, что определяет размер первого элемента у данного обвода	10

Таблица 8. Типовые настройки, применяемые во вкладке Shroud Tip меню Mesh Data

Название настройки	Действие настройки	Рекомен­дованное значение
Method	Задает способ разбиения межлопаточного канала по высоте проточной части	Element Constant Size
# of Elements	задается общее число элементов по высоте межлопаточного канала	15
Const Elements	число элементов постоянной высоты	0
Hub	определяет значение y+вблизи втулочной концевой поверхности, что определяет размер первого элемента у данного обвода	10
Shroud	определяет значение y вблизи периферийной концевой поверхности, что определяет размер первого элемента у данного обвода	10

Оценка качества конечно-элементной сетки

После создания топологии и предварительного разбиения следует проверить качество сетки. Проверка качества осуществ­ляется с помощью команды Mesh Analysis, находящейся в дереве объектов. В результате активации этой команды появится меню Mesh Statistics (рис. 21). В нем приводится статистика качества сетки путем описания основных параметров, характеризующих качество сетки.

В этом меню в поле Domain выбирается часть расчетной зоны, в которой будет анализи­роваться качество сетки: All – все элементы, включая Inlet и Outlet; Passage – только межло­паточный канал.

В первом столбце указыва­ются названия параметров, характеризующих качество сетки. Во втором столбце Value указывается максимальное значение данного параметра по всей расчѐтной сетке.

В третьем столбце «% Bad» показывается, сколько процентов ячеек сетки не отвечает требованиям качества.

Нажатие кнопки Display (рис. 21) выделяет на расчетной модели красным цветом расположение сеточных элементов, где выбранный критерий качества сетки выходит за рекомендуемый диапазон приемлемых значений.

Рис. 21. Результат действие команд Mesh Statistics и Mesh Analysis → Show Limits

Генерирование сетки конечных элементов

Когда топология полностью определена и качество сетки приемлемо для всех слоев, можно сгенерировать сетку. Для этого необходимо вызвать команду в главном меню: ГМ → Insert → Mesh.

Рис. 23. 3D-сетка лопаточного венца

Создание расчетной модели ступени и постановка граничних русловий

Для того, чтобы провести расчет течения в ступени компрессора, необходимо на базе созданных конечно-элементных моделей ВНА, РК и НА создать расчѐтную модель ступени.

В первом шаблоне необходимо задать основные параметры лопаточной машины - ее тип и направление оси вращения:

Machine Type → Axial Compressor (тип машины - осевой компрессор)

Rotation Axis → Z (ось вращения - Z).

Во втором шаблоне осуществляется описание компонентов (венцов) лопаточной машины - Component Definition. В нем нужно поочередно добавить конечноэлементные модели ВНА, РК и НА.

Рис. 24. Загрузка конечно-элементной модели венца ВНА в Ansys CFX-Pre

Аналогичным образом осуществляется второй компонент компрессора – РК.

Рис. 25. Загрузка конечно-элементной модели венца РК в Ansys CFX-Pre

После описания компонентов ВНА и РК, аналогичными действиями описывается венец НА.

В третьем шаблоне производится описание моделируемых физических процессов (Physics Definition). Необходимо задать в качестве вещества потока (Fluid) воздух с параметрами идеального газа (Air Ideal Gas), установить опорное давление (Reference Pressure), равным 101325 Па, остальные параметры моделирования оставить по умолчанию.

В четвертом (Interface Definition) и пятом (Boundary Definition) шаблонах, контролируется правильность автоматичес­кого назначения интерфейсов (соединения сеточных блоков) и автоматического назначения граничных условий.

Просмотрев интерфейсы и граничные условия и убедившись в их корректности, следует переключиться на следующий шаблон.

Рис. 28. Окно программы Ansys CFX-Pre с созданной расчетной моделью течения в ступени компрессора

На данном этапе расчетная модель течения рабочего тела в компрессоре в целом сформирована.