第8章:部分叶顶间隙

本教程包括:

本教程将教您如何:

在本教程中,您将为具有部分叶顶间隙的进口导叶创建网格。

您将使用复杂叶片端部特征对部分叶顶间隙进行建模,该特征基于高保真几何实现。

高保真几何网格划分采用混合网格方法:围绕高保真几何特征的非结构化网格块与填充叶片通道其余部分的结构化网格块相结合。

如果这是您首次学习本教程,请务必先回顾相关基础内容。Ansys TurboGrid教程简介再开始操作。

8.1. 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guide_vane.zip文件此处 .

  3. 解压缩guide_vane.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:

    • InletGuideVane.tginit

    • InletGuideVane.tin

  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.

8.2. 定义几何

加载几何:

  1. 点击文件 > 从工作目录加载 TurboGrid 初始化文件.

  2. 打开InletGuideVane.tginit

在 TurboGrid 中将 CAD 对象与复杂叶片端部拓扑关联几何工作区中将 CAD 对象与复杂叶片端部拓扑关联,如下所示:

  1. 几何工作区,展开树状结构Topological Entity Instances > Blade Set > IGV并注意入口导叶,IGV由一组已分配CAD几何的拓扑实体定义。

  2. 右键单击IGV并选择插入复杂叶片端部.

    一个新的拓扑实体,ComplexBladeEnd在树中显示为子节点。IGV如果展开下方的树节点,ComplexBladeEnd您将看到三个子对象:

    • HighFidelityBladeSurface

    • HighFidelityHubSurface

    • HighFidelityShroudSurface

  3. 使用下表作为指南,分配树中列出的CAD族,CAD Families分支内的CAD族分配给ComplexBladeEnd.

    的子对象。为此,针对ComplexBladeEnd双击子对象以在对象编辑器中编辑,然后点击CAD实体选择器 位于位置设置旁,接着在CAD区域实体对话框,选择相应的CAD族(或使用Shift/Ctrl选择多个CAD族)并点击OK,然后在对象编辑器中点击应用.


    注意:另一种分配CAD族的方法是:针对ComplexBladeEnd在对象选择器中,选择相应的CAD系列(或使用Shift/Ctrl)并利用将族分配给拓扑实例快捷菜单命令。


    拓扑实体

    CAD族

    HighFidelityBladeSurface

    BLADEHUBTIP, BLADESHROUDTIP, DETAILEDBLADE

    HighFidelityHubSurface

    DETAILEDHUB

    HighFidelityShroudSurface

    DETAILEDSHROUD

至此完成几何体定义。

8.3. 创建拓扑和网格

为生成符合高保真几何特征(本例中为复杂叶片端部)的网格做准备,您将启用ATM3D。

  1. 网格工作区中,打开Topology Set.

  2. 设置网格生成模式 to ATM3D.

  3. 点击应用.

  4. 右键单击拓扑集并关闭暂停对象更新.

    一段时间后,您将看到关于入口和出口域被关闭的警告信息。

  5. 关闭警告消息。

拓扑和三维网格已生成。

有一对工具栏图标用于选择生成网格的几何类型(高保真或低保真)。每次只显示一个图标。如果工具栏中显示的图标是使用低保真几何网格 则表示已选择高保真几何进行网格划分,单击该图标将切换为低保真几何进行网格划分。相反的图标是使用高保真几何网格  .

显示菜单包含一对与图标对应的命令。这些命令和图标会影响任何现有网格、后续生成的任何网格以及后续保存的任何网格。

  • 确保工具栏图标为使用低保真几何网格 以便启用高保真几何的网格划分(单击图标将禁用该功能)。请注意,图标文本显示在用户界面的左下角。

8.4. 在网格工作区中查看复杂叶片端部对象

网格工作区包含多个与复杂叶片端部相关的对象。

  1. Geometry > Blade Set展开IGV并注意存在一个Complex Blade End对象。

    IGV对象显示低保真几何结构,该结构不包含复杂的叶片端部特征。

    Complex Blade End对象显示高保真几何结构,该结构包含复杂的叶片端部特征。

    您可以独立切换这些对象的可见性复选框。请注意,Complex Blade End的子对象各自拥有独立的可见性复选框。

    Complex Blade End对象的子对象可被编辑以调整拓扑连接容差设置,该设置指示几何中不同部分应拓扑连接的距离范围。

  2. 展开Mesh Data并注意IGV Hub Complex Blade EndIGV Shroud Complex Blade End对象。

    这些对象的可见性复选框控制几何上线条/曲面的显示,这些线条/曲面指示复杂叶片端部附近非结构化网格的边界。

    这些对象的快捷菜单包含影响显示内容的渲染命令;这些命令可用于帮助可视化CAD几何中的问题,例如曲面上的非预期孔洞。

    这些对象的对象编辑器包含控制复杂叶片端部网格划分的设置。

    高保真几何选项卡:

    • 启用高保真特征复选框提供了一种在生成网格时有效忽略相关复杂叶片端部特征的方法。在某些情况下,您可能希望这样做以节省计算时间。

      当选中此复选框时,相关复杂叶片端部会影响网格,并且只要全局控制(在显示菜单和工具栏中)几何保真度设置为启用高保真几何。

      当此复选框未选中时,无论全局控制设置如何,在网格生成过程中都会忽略适用的复杂叶片端部。

    • 特征细化因子控制复杂叶片端部附近网格中使用的网格元素总数。

    • 增长率控制复杂叶片端部附近网格中元素尺寸随距近壁面距离变化的速率。此设置影响边界层离散化,并间接影响复杂叶片端部附近网格中使用的网格元素数量。

    • 膨胀层模式控制每个壁面位置采用的增长率是否等于或允许偏离指定的增长率Constant Expansion选项为每个壁面位置采用指定的增长率。Last Aspect Ratio选项为每个壁面位置采用基于指定值但根据需要进行修改的增长率,以实现最外层膨胀层与内部网格交界处单元纵横比的平滑过渡。

    复杂叶片端部选项卡:

    • 展向位置是近似界定复杂叶片端部网格的归一化展向位置。实际边界是结构化网格中最近的恒定K曲面,具有整数变量值K.

    • 每间隙元素数适用于复杂叶片端部附近的非结构化网格,并控制间隙附近使用的元素数量。

    • 边长度细化因子控制特征边缘处的网格细化,取值范围为0到1,0趋向于粗网格,1趋向于细网格。

    • 膨胀层计数因子设置控制复杂叶片端部非结构化网格块中,根据设置名称指定的叶片或壁面膨胀层数量。叶片, 轮毂机匣.

    • 要在网格中连接的命名选择设置 可根据情况创建可能需要的命名选择,以生成复杂叶片端部的非结构化网格块。

    • 叶尖壳选择选项设置 影响叶尖壳体的范围,该壳体是通道结构化六面体网格与复杂叶片端部非结构化网格块之间的界面。如有必要,可扩展叶尖壳体,使其完全覆盖复杂叶片端部的高保真几何特征。

    Mesh Data对象包含影响复杂叶片端部附近非结构化网格的附加设置。这些设置位于轮毂复杂叶片端部和/或机匣复杂叶片端部选项卡中,在适用时可用。

  3. 展开3D Mesh并注意有多个网格对象可用于查看与复杂叶片端部相关的网格。

    图 8.1:叶片和轮毂表面上的网格显示以下3D Mesh叶片前缘附近的对象:IGV_Hub_Complex_Blade_End_bladeIGV_Hub_Complex_Blade_End_wall。在此图中,其他对象的可见性已关闭,以获得无遮挡的视图。

    图 8.1:叶片和轮毂表面上的网格

    Mesh on Blade and Hub Surfaces

8.5. 分析网格

检查3D网格统计信息:

  1. 打开Mesh Analysis.

    根据当前质量标准,部分网格统计数据存在明显问题。但若双击任何显示问题的统计项,您将在三维查看器中看到,所指示的单元与叶片尖端附近的非结构化网格相关。理想情况下,非结构化网格应采用不同的质量标准——本例中该网格在CFD求解器中运行时不会产生显著问题。例如,即使质量良好的非结构化网格,其最小面角在某些位置通常也会低于5度。

  2. 关闭网格统计信息对话框

8.6. 保存网格

保存网格时,最终保存的网格将反映当前设置的高保真几何体或低保真几何体。

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 inlet_guide_vane.gtm.

  5. 确保您的工作目录设置正确。

  6. 点击保存.

8.7. 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.