風(fēng)機(jī)模型流體條件的設(shè)定

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　　流體的可壓縮性在流體力學(xué)中，通常將流體分為不可壓縮流體和可壓縮流體兩種，以馬赫數(shù)作為其判斷依據(jù)，馬赫數(shù)的定義是來(lái)流速度與當(dāng)?shù)匾羲僦龋篗：二(3．1)其中，v為來(lái)流速度，m／s；a為當(dāng)?shù)匾羲伲琺／s。馬赫數(shù)是評(píng)價(jià)氣體可壓縮性的標(biāo)準(zhǔn)，馬赫數(shù)與氣體的可壓縮性呈正相關(guān)的關(guān)系，對(duì)于具有一定速度的氣體，當(dāng)氣體的馬赫數(shù)小于O．3時(shí)，可以將其視為不可壓縮流體進(jìn)行處理，而當(dāng)氣體的馬赫數(shù)大于0．3時(shí)，就必須將其視為可壓縮流體進(jìn)行處理[481。本文中，風(fēng)場(chǎng)入12風(fēng)速設(shè)定為10m／s，音速為340rn／s，計(jì)算得到馬赫數(shù)M=0．029<0．3，因此，本文中空氣的流動(dòng)可以視為不可壓縮流動(dòng)。(2)非定常流體流體運(yùn)動(dòng)的方式可以根據(jù)流體各項(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間變化與否分為定常運(yùn)動(dòng)和非定常運(yùn)動(dòng)兩種方式，其中流體各項(xiàng)參數(shù)不隨時(shí)間變化、僅隨空間變化的流體，即警=o的流體為定常流體，流體各項(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間變化的流體，即警≠。的流體為非定常流體。本文中所研究的流場(chǎng)內(nèi)部空氣速度、壓力等是隨時(shí)間的變化而不斷變化的，因此流場(chǎng)內(nèi)部空氣的流動(dòng)可以視作非定常流動(dòng)。
　　3．4．3湍流模型的選擇
　　2．2．2節(jié)中所述的標(biāo)準(zhǔn)缸s模型在時(shí)均應(yīng)變率較大的情況下，正應(yīng)力的變化偏離了實(shí)際情況，由此引起湍流過(guò)程中流動(dòng)不符合物理定律的現(xiàn)象，為了改善上述與標(biāo)準(zhǔn)k-e模型相比，Realizable k-e模型的湍動(dòng)粘度計(jì)算方法發(fā)生了變化，有關(guān)旋轉(zhuǎn)和曲率的源項(xiàng)被加入方程。本文中需要對(duì)葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真模擬，由于Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片繞軸旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致附近流場(chǎng)中氣體的運(yùn)動(dòng)包含旋轉(zhuǎn)分量，因此標(biāo)準(zhǔn)k-e模型不能準(zhǔn)確描述其湍流形態(tài)，本文選用Realizable k-e湍流模型進(jìn)
　　3．4．4瞬態(tài)模型的建立
　　仿真模型的選擇Fluent中處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械問(wèn)題的模型主要包括混和平面模型(MixingPlane)、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系模型(RotatingReference Frame)、多參考坐標(biāo)系模型(MRF)和滑移網(wǎng)格模型(Sliding Mesh)等。其中前三種方法主要用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的定常計(jì)算，滑移網(wǎng)格模型則可以用來(lái)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行非定常計(jì)算，在四種方法中利用滑移網(wǎng)格模型仿真模擬的流場(chǎng)與實(shí)際情況最為接近，但同時(shí)這種計(jì)算方式將會(huì)耗費(fèi)巨大的計(jì)算機(jī)資源，占用較多的計(jì)算時(shí)間。本文需要針對(duì)Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)建立瞬態(tài)模型，需要對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行非定常計(jì)算，考慮以上幾種仿真方法的特點(diǎn)，最終選擇使用滑移網(wǎng)格方法建立瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)模型，它可以真實(shí)地模擬旋轉(zhuǎn)葉片和流場(chǎng)問(wèn)的相互影響，從而真實(shí)地描述葉片旋轉(zhuǎn)區(qū)域的流場(chǎng)特征。(2)滑移網(wǎng)格的設(shè)定使用滑移網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算空間需要存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立計(jì)算域。在每個(gè)獨(dú)立計(jì)算域與相鄰計(jì)算域銜接的地方存在一個(gè)滑移邊界(Interface)，滑移邊界的作用為連接與之相鄰的兩個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，計(jì)算過(guò)程中兩部分網(wǎng)格沿著滑移邊界產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)(平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))。由于旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的非定常性，本文中網(wǎng)格沿滑移邊界產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)上文介紹的滑移網(wǎng)格方法要求，需要對(duì)模型設(shè)定滑移邊界。對(duì)于上文建立的Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)的三維模型來(lái)說(shuō)，其滑移邊界為靜止域與旋轉(zhuǎn)域的交界面，該滑移邊界包含兩部分：一部分為靜止域的滑移邊界，另外一部分為旋轉(zhuǎn)域的滑移邊界，即在3．3．2節(jié)中定義的Interfacel和Interface2，在Fluent模塊中利用MeshInterfaces操作將Interfacel和Interface2合并，建立起統(tǒng)一的Interface，如圖3-9所示。