第4章:径向压缩机

本教程包括:

本教程将教您如何:

在本教程的操作过程中,您将为径向压缩机叶片排的叶片通道创建网格。下图中的黑色轮廓显示了一个典型的叶片通道。

该叶片排包含9个主叶片和9个分流叶片,它们绕负Z轴旋转。叶片具有截断尾缘。叶片与机匣之间存在间隙,间隙宽度为总叶展的5%。在叶片通道内,机匣的最大直径约为125毫米。

如果这是您首次学习本教程,务必仔细审阅Ansys TurboGrid教程简介再开始操作。

4.1. 准备工作目录

  1. 创建工作目录。

    Ansys TurboGrid使用工作目录作为特定会话或项目加载和保存文件的默认位置。

  2. 下载radcomp.zip文件此处 .

  3. 解压缩radcomp.zip到您的工作目录中。

    确保以下教程输入文件位于您的工作目录中:

    • BladeGen.inf

    • profile.crv

    • hub.crv

    • shroud.crv

  4. 设置工作目录并启动Ansys TurboGrid。

    有关详细信息,请参阅设置工作目录并启动Ansys TurboGrid.

4.2. 定义几何结构

在Rotor 37教程中,您加载了一个BladeGen.inf文件用于指定机器数据(叶片组数、旋转轴和单位)以及轮毂、机匣和叶片曲线文件。在蒸汽静子教程中,您使用加载轮廓点或CAD命令输入了相同的数据。在本教程中,您将通过编辑相应的几何对象来单独定义机器数据和曲线文件。

4.2.1. 定义机器数据

设置Machine Data对象,其中包含关于几何体的基本信息:

  1. 网格工作区中,打开Geometry > Machine Data.

  2. 设置叶片组数 to 9.

  3. 设置基本单位 to mm.

  4. 点击应用以保存设置。

4.2.2. 定义轮毂

  1. 打开Geometry > Hub.

  2. 设置长度单位 to mm.

  3. 确保文件名设置为./hub.crv来自您的工作目录。

  4. 点击应用.

4.2.3. 定义机匣

  1. 打开Geometry > Shroud.

  2. 设置长度单位 to mm.

  3. 确保文件名设置为./shroud.crv来自您的工作目录。

  4. 点击应用.


    注意:如果您已加载了BladeGen.inf文件,则曲线类型的设置HubShroud对象将被设置为Piece-wise linear而非默认值:Bspline两种设置均适用于此几何体。


此时,整个轮毂和机匣表面均已显示。定义叶片后(下一步),轮毂和机匣将被修剪以仅显示一个流道。

图4.1:径向压缩机的轮毂与机匣

Hub and Shroud of Radial Compressor

4.2.4. 定义叶片

  1. 网格工作区中,打开Geometry > Blade Set > Blade 1.

  2. 确保文件名设置为./profile.crv.

  3. 设置长度单位 to mm.

  4. 设置几何表示 > 方法 to Specify.

  5. 设置几何表示 > 放样 to Spanwise.

  6. 设置几何表示 > 曲线类型 to Piece-wise linear.

  7. 设置几何表示 > 曲面类型 to Ruled.

  8. 尾缘定义下,选择截断或方形.

  9. 点击应用.

屏幕右下角的进度条显示几何生成进度。几何生成完成后,您可以看到一个流道的轮毂、轮罩和叶片。沿叶片方向,可分别看到前缘和后缘曲线(绿色和红色线条)。叶片附近可看到入口和出口标记(白色八面体)。

4.2.5. 定义分流叶片

  1. 右键单击Geometry > Blade Set并选择插入 > 叶片.

  2. 点击OK接受默认名称

  3. 设置叶片数量 to 2.

  4. 点击应用.

4.2.6. 定义轮罩间隙

为完成几何结构,在叶片与机匣之间创建一个小间隙。叶片应缩短至其原始展长的95%,因为间隙宽度为总展长的5%,如问题描述中所指定。

  1. 打开Geometry > Blade Set > Shroud Tip.

  2. 设置间隙选项 to Constant Span.

  3. 设置展长 to 0.95.

  4. 点击应用.

4.3. 创建拓扑和网格

在本教程中,您将手动选择一组ATM拓扑模板,称为拓扑族.

  1. 单击拓扑查看器选项卡。

  2. 打开Topology Set.

  3. 浏览ATM拓扑 > 方法.

    ATM拓扑 > 方法提供一个拓扑族列表,您可以从中手动选择。当您将鼠标悬停或光标移过列表时,拓扑查看器会显示高亮拓扑族的图片以及该族最适合的叶片类型描述。

  4. 设置ATM拓扑 > 方法 to Single Splitter.

  5. 点击应用以设置拓扑。

  6. 右键单击Topology Set并关闭暂停对象更新.

    拓扑和三维网格已生成。

4.4. 网格数据设置

Mesh Data对象指示网格质量存在问题。

  1. 单击三维查看器选项卡。

  2. 展开Mesh Data对象选择器中的对象。

  3. 打开Boundary Layer Control下的一个对象Mesh Data.

注意,近壁膨胀率超出边界层区域设定的限制范围。受影响的网格区域在查看器中以红色显示。

按如下方式向边界层区域添加更多单元:

  1. 打开Mesh Data对象。

  2. 网格尺寸选项卡上,确保边界层细化控制 > 方法设置为Proportional to Mesh Size.

  3. 设置边界层细化控制 > 参数 > 因子基 to 4.0.

  4. 点击应用.

Mesh Data对象不再指示网格质量存在问题。

作为练习,按如下方式更改截断边上的单元分布:

  1. 设置切割边缘分割因子 > 尾部 to 0.9.

  2. 点击应用.

注意,对于具有一个圆角边和一个截断边的叶片,叶片顶部网格的单元分布由截断边上的分布控制。

4.5. 分析网格

检查3D网格统计信息:

  1. 打开Mesh Analysis.

    基于当前质量标准,网格统计结果可接受。

  2. 关闭网格统计信息对话框。

4.6. 保存网格

保存网格:

  1. 点击文件 > 网格另存为.

  2. 确保文件类型设置为Ansys CFX Mesh Files.

  3. 设置导出单位 to cm.

  4. 设置文件名 to radial_compressor.gtm.

  5. 确保您的工作目录设置正确。

  6. 点击保存.

4.7. 保存状态(可选)

如果您日后想重新查看此网格,请保存状态:

  1. 点击文件 > 状态另存为.

  2. 输入适当的状态文件名。

  3. 点击保存.