風機葉片的旋轉邊界條件定義

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風機葉片的旋轉邊界條件定義
　　由于需要對葉片的旋轉運動進行瞬態(tài)仿真，因此需要建立不同的計算域，ANSYS中的Body功能可以用來對計算域進行區(qū)分和定義，一個Body對應一個計算域，其中Body的定義為具有封閉空間的幾何區(qū)域，不同的Body可以進行流體性質以及運動狀態(tài)等參數(shù)的獨立設置，Body之間則通過ANSYS中設置的交界面(Interface)進行數(shù)據(jù)交換【45】。由圖3．5可知本文中風機廠風機葉片模型包括旋轉域和靜止域兩個計算域，旋轉域的運動方式為轉動，而靜止域則保持靜止，因此需要劃分為兩個不同的Body。將模型的STP文件導入到Geometry模塊中，使用布爾剪(BooleanSubtract)功能在將模型分為兩個Body，表示旋轉域的Body為葉片外表面與圓柱形交界面圍成的區(qū)域，命名為Rotating，表示靜止域的Body為圓柱形交界面與流場邊界圍成的區(qū)域，命名為Still。ANSYSMeshing中邊界條件的定義是為了方便后續(xù)仿真過程中Fluent處理中的邊界條件設置，使得設置時各個面的選取更加簡便快捷。將Rotating Body隱藏，定義風場入口邊界面為Inlet，定義風場出口邊界面為Outlet，定義風場其他邊界面為Wall，定義Still Body的交界面為Interfacel；將Still Body隱藏，定義Rotating Body的交界面為Interface2，定義風機廠風機葉片外表面為Blade。
　　3．3．3網(wǎng)格劃分方法
　　通過最大元素尺寸(Element Size)的方式定義網(wǎng)格尺寸，由于靜止域區(qū)域流場比較穩(wěn)定，對于網(wǎng)格精度要求不高，定義Still Body的Element Size為50ram；而旋轉域部分由于流場變化較為復雜，而且葉片附近區(qū)域涉及轉矩等參數(shù)的計算，因此這部分區(qū)域網(wǎng)格精度要求較高，定義Interfacel和Interface2兩個交界面的Element Size為4mm，定義葉片外表面Blade的Element Size為2mm，并分別設置相應的邊界層，使得網(wǎng)格過渡較為均勻，同時保證葉片外表面附近區(qū)域的網(wǎng)格密度，保證計算的準確度，選用Automatic Method作為網(wǎng)格劃分方式，對兩個Body進行網(wǎng)格劃分，最終劃分網(wǎng)格如圖3．7所示，葉片表面附近網(wǎng)格有明顯的加密，且與周圍尺寸較大的流場網(wǎng)格存在均勻的過渡。網(wǎng)格數(shù)量為1342390，網(wǎng)格質量如圖3．8所示，網(wǎng)格質量均高于0．2，低于0．6的網(wǎng)格占比很小，大部分網(wǎng)格集中于0．75以上的區(qū)域，表明網(wǎng)格質量較好。3．4數(shù)值求解方案
　　3．4．1數(shù)值求解工具的選擇
　　圖3-8網(wǎng)格質量分布圖根據(jù)離散原理的差別，計算流體力學(CFD)所使用的方法主要分為有限體積法、有限元法和有限差分法三種方法，其中有限體積法在流動問題的數(shù)值計算中應用最為廣泛，F(xiàn)luent軟件就是一款利用有限體積法進行離散求解的CFD軟件。Fluent收斂速度較快，求解精度較高，支持混合網(wǎng)格、滑移網(wǎng)格以及動網(wǎng)格等多種網(wǎng)格類型，包含耦合、非耦合、隱式、顯式等多種算法，包含先進的物理模型，能準確的模擬湍流、層流等流場狀態(tài)，因此Fluent在湍流模擬、旋轉機械、動／變形網(wǎng)格、傳熱與相變、多相流、噪聲等方面有著廣泛應用【47】。本文中需要對葉片旋轉運動進行仿真模擬，對于旋轉運動的仿真模擬需要CFD軟件擁有較強的網(wǎng)格支持能力以及網(wǎng)格自適應技術，F(xiàn)luent在這方面的應用較為成熟，滑移網(wǎng)格和動網(wǎng)格技術可以為本文仿真模擬提供強大支持，因此本文選用Fluent作為數(shù)值求解工具。