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STAR-CCM+:离心风扇仿真(瞬态滑移网格方法)

前一篇经验中采用的MRF(Moving Reference Frame)方法适用于稳态,这里网格不是真的在运动,而是通过旋转参考坐标系的方法体现风扇在旋转区域的效果,把动量源加载到叶片转动所扫过区域的网格上。本例中将利用另外一种方法,即滑移网格(Rigid Body)方法进行风扇仿真。这种方法可以仿真旋转区域网格节点随时间的真实运动,适用于瞬态计算。采用与MRF案例中相同的模型和定解条件。5STAR-CCM+:离心风扇仿真(稳态转动参考系)
工具/原料

Simcenter STAR-CCM+ 2020

模型导入
1

打开STAR-CCM+,新建simulation,选择Parallel on Local Host,Compute Processes根据自己电脑配置选择,点击OK。

修改物理模型

将物理模型下的Steady改为Implicit Unsteady。

创建Motions
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点击Tools > Motions,右键新建Rotation。Axis Direction设为[0.0, 0.0, 1.0],Rotation Rate设为2000.0 rpm,即定义扇叶以2000转每分的速度绕Z周旋转。

2

将创建的Motion应用至Rotating域。展开Regions > Rotating > Physics Values > Motion Specification,Motion选择Rotation。

修改求解条件
1

本例中风扇转速为2000 rpm,单转时间为0.03 s,转1°耗时8.33e-5 s,将最小时间步长设置为8.33e-5 s。为提高精度,采用二阶离散格式。

2

展开Solvers > Segregated Flow > Velocity,Under-Relaxation Factor设为0.9,Pressure Under-Relaxation Factor设为0.9。

3

展开Stopping Criteria,Maximum Physical Time设为0.09 s,Maximum Inner Iterations设为7步,不勾选Maximum Steps。

修改后处理显示
1

创建报告监测扇叶受力。右键Reports选择New Report > Moment,Parts选择Rotating > Blades,右键Create Monitor and Plot from Report。

2

展开Monitors > Moment 1 Monitor,Trigger选择Iteration。

3

展开Scenes > Vector Scene 1 > Attributes > Update,Trigger选择Time Step。

4

展开Monitors > Area Averaged Inlet Pressure Monitor,Trigger选择Time Step。

5

展开Plots > Area Average Inlet Pressure Monitor Plot,X-Axis Monitor选择Physical Time。

6

展开Plots > Moment 1 Monitor Plot,X-Axis Monitor设为Iteration。

提交计算

点击Solution > Clear Solution,清除MRF的计算结果。保存模型,初始化,提交计算。

计算结果
1

进气压力曲线。展开Plots > Area Averaged Inlet Pressure Monitor Plot > Axes,Bottom Axis固定在[0.01,0.03]区间,Spacing设为0.002;Left Axis固定在[-160,0.0]区间。进气压力波动周期约为0.0025 s,为一个周期0.03 s的1/12(与扇叶数量对应),符合预期规律。

2

扇叶转矩曲线。展开Plots > Moment 1 Monitor Plot > Data Series > Moment 1 Monitor > Symbol Style,Shape选择Filled Circle。Bottom Axis固定在[7539,7567]区间;Left Axis固定在[-0.055,-0.025]区间。在单个时间步内,扇叶转矩达到收敛。

3

截面流速场矢量图。

注意事项
1

以上内容仅供交流学习,不做商业用途,如有侵权可删除。

2

如有技术类问题,可私信留言讨论。

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