涡轮机网格工作流程

在 Simcenter STAR-CCM+ 中，可以使用涡轮机网格操作为轴向叶片几何生成结构化网格。在该操作节点中，可以设置沿叶片、跨距和节距方向定义网格属性的参数。

准备几何：
  1. 在 3D-CAD 中创建几何，或导入外部几何部件。
    确保几何符合以下要求：
    • 几何可以包含叶片和轮毂或罩体之间的尖端安全距离。尖端曲面必须是旋转曲面。
    • 小于 0.1 mm 的圆角将被忽略。对于较大的圆角，网格质量可能会受到影响。
    • 允许轮毂和包覆处有圆角，并会自动检测到圆角。要解析圆角，建议使用比不包含圆角的几何更多的跨度间隔。
    • 几何不得包含任何旁通系统、凹槽叶尖或次级冷却系统。
    • 涡轮机网格不支持钝的或尖锐的后缘/前缘。
    • 网格操作受益于包含基础 CAD 模型的部件，通常构建更好的网格。

    当相邻的 CAD 表面未达到 1.0E-9 的目标 CAD 容差时，会出现容差 CAD 边，这可能是网格与几何偏差的根源。要避免容差 CAD 边，3D-CAD 模型或导入的几何容差应至少比网格所需的近壁厚度小一个数量级。在实践中，大多数情况下 1.0E-7 已足够，但更建议采用 1.0E-9。

  2. 在叶片几何中，定义涡轮机网格操作所需的所有域和叶片表面。
    这些表面包括入口、出口、轮毂、罩体、叶片表面，如果需要，还包括叶片尖端表面。

    叶片表面：
    • 可以是单个表面或多个表面。最佳叶片定义包含两个表面（或块），一个用于叶片压力侧，另一个用于吸入侧。
    • 不得包含与涡轮机网格操作不兼容的任何尖锐后缘或其他尖锐特征。从叶片几何中移除任何尖锐特征后，可以重新生成网格。
  3. 将部件分配给区域。
要选择并定义涡轮机网格操作：
  1. 右键单击几何 > 操作节点，然后选择新建 > 网格 > 涡轮机网格。

    圆角表面不应属于轮毂表面或罩体表面的一部分。而应始终将它们与叶片表面 (SS) 合并。

  2. 选择操作 > 涡轮机网格节点，然后在属性窗口中指定相关部件和部件表面。
    网格生成器会将未分配给这些属性的任何表面视为周期表面。
  3. 定义网格结构：
    1. 选择涡轮机网格 > 默认控制 > 叶片参数节点，然后指定叶片轮廓周围的近壁厚度和间隔数，并在存在叶片尖端间隙时指定叶片尖端网格的网格类型。如果几何公差在推荐范围内，则激活映射至 CAD。
    2. 选择跨度设置节点，然后指定跨距方向的网格属性。
    3. 选择节距设置并指定节距方向使用的分布方法。
    4. 根据选择的分布方法，指定节距方向的增长率或间隔数。
      有关网格属性的详细信息，请参见涡轮机网格属性参考。
  4. 如果需要，创建并定义自定义部件控制：
    1. 右键单击涡轮机网格 > 自定义控制节点，然后选择新建。
    2. 选择自定义控制 > 部件控制节点，然后指定所需属性。
    建议使用“自定义控制”来增加具有尖端间隙特征的部件的跨度间隔，因为尖端层会减少叶片层数。这只需要一个自定义控制，其中包含具有尖端间隙的所有部件。
    1. 在部件控制 > 控制节点中，选择所需的自定义网格控制。
    2. 在值节点中，指定相关值。
    有关自定义控制的更多信息，请参见自定义控制属性。
  5. 右键单击涡轮机网格节点并选择执行。
    该操作在叶片周围的流道中生成体结构化六面体网格。执行网格时，周期表面会浮动以达到最佳网格质量。这会导致不符合原始几何描述的周期表面。

    此操作仅允许串行或并发执行。如果尝试并行运行操作，该操作则强制串行运行。因此，选择并行模式不会加快执行速度。

如果在网格化过程中，输出窗口报告容差边的容差大于 1.0E-7，建议停用映射至 CAD 并对输入表面网格进行网格重构，然后再次执行涡轮机网格操作。这种做法可确保输入面网格质量良好。

要停用映射至 CAD 并对表面进行网格重构：

  1. 选择涡轮机网格 > 默认控制 > 叶片参数节点，然后停用映射至 CAD。
  2. 在涡轮机网格操作之前为涡轮机部件创建自动网格操作。仅激活表面重构并调整设置，如下所示（其余设置保持默认值）：
    属性设置
    每个部件网格化激活
    网格生成器执行模式并发-并行
    基础尺寸设为弦的 10%
    目标表面设为基础尺寸的 50%
    最小表面尺寸将绝对尺寸设为叶片近壁厚度的一半
    表面曲率

    1. 激活启用曲率偏差距离

    2. 将最大点数/圆设为 5000

    3. 将曲率偏差距离设为叶片近壁厚度的一半

    表面接近值对于尖端间隙，将缝隙中的点数设为 0.3
  3. 再次重新执行所有作。