CN111444582B - 一种叶轮机械叶顶间隙cfd网格自动化生成方法 - Google Patents
一种叶轮机械叶顶间隙cfd网格自动化生成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111444582B CN111444582B CN202010237367.0A CN202010237367A CN111444582B CN 111444582 B CN111444582 B CN 111444582B CN 202010237367 A CN202010237367 A CN 202010237367A CN 111444582 B CN111444582 B CN 111444582B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grid
- blade
- structured
- cfd
- impeller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
- G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明公开了一种叶轮机械叶顶间隙CFD网格自动化生成方法,与现有技术相比,具有以下优点:(1)采用结构化网格,数据结构简单,易于实施;(2)采用结构化网格,易于生成高质量的扁平状网格单元,在保证网格质量的前提下,大幅度降低网格单元数,提高计算速度;(3)如果相邻叶片之间的主流道区域采用与步骤4中相同的方式划分层状分区结构化网格,则主流道网格与叶顶间隙网格可以实现无缝对接,即两个区域交界面上的网格点可以一一对应,从而简化数据结构和CFD算法,提高计算速度。
Description
技术领域
本发明涉及三维空间结构化网格划分技术领域,具体来说是一种叶轮机械叶顶间隙CFD网格自动化生成方法。
背景技术
在叶轮机械的工作过程中,叶片式转动部件(如径流式压缩机、汽轮机的半开式叶轮,轴流式压缩机、汽轮机的动叶)的顶端与固定外壳(如径流式压缩机、汽轮机的轮盖,轴流式压缩机、汽轮机的机匣)的内表面之间存在高速的相对运动。为了适应叶片在离心力和温度变化作用下发生的变形,通常在叶片顶端与轮盖/机匣内表面之间保留一定的间隙。由于叶片的压力面和吸力面之间存在压力差,工作流体会通过叶顶间隙从高压侧向低压侧流动,称为泄漏流。
由于泄漏流的存在,一部分流体没有对叶片(或叶片没有对流体)做功,导致叶轮机械的工作效率降低。另一方面,泄漏流不仅在叶顶和轮盖/机匣之间产生粘性阻力,而且当泄漏流与叶片通道内的主流发生掺混后,会形成泄漏涡,对主流产生干扰。因此,泄漏流的存在会对流体机械的工作性能产生显著影响,泄漏流的计算是流体机械气动/水力计算的重要组成部分。
20世纪80年代以后,计算流体力学(CFD)开始被被广泛应用于叶轮机械内部流场的计算。目前叶轮机械分析中最常用的CFD计算方法是单排单通道三维定常流计算,该方法中最常用的计算网格是层状分区结构化网格。
在三维CFD计算中,如果将由叶顶间隙导致的泄漏流与叶片通道内的主流同时计算,可以更好地分析泄漏流与主流的相互作用,进而更准确地预测叶轮机械的工作性能。但由于叶顶间隙的高度非常小,叶片顶部与轮盖/机匣内表面之间形成的是一个不规则的三维薄片状区域,这给计算网格的生成造成了极大的困难。如何生成结构简单的高质量叶顶间隙网格是成功进行泄漏流-主流耦合CFD计算的关键所在。
基于此,我们需要研发一种高效、可靠的自动化叶顶间隙网格生成方法,以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的缺陷,提供一种高效、可靠的用于叶轮机械有叶部件单通道定常CFD计算的叶顶间隙网格自动化生成方法。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种叶轮机械叶顶间隙CFD网格自动化生成方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤S1:将叶片曲面自叶顶位置向轮盖/机匣方向光滑延伸,直至与轮盖/机匣内表面相交,形成叶顶延伸段;
步骤S2:在叶顶和轮盖/机匣内表面之间***一组互不相交的回转曲面;
步骤S3:根据叶片数,将每个回转曲面均分成多个单通道曲面,并转换到一个二维平面上;
步骤S4:在转换平面上对叶片曲线外部区域生成分块结构化网格;
步骤S5:在转换平面上对叶片曲线内部空腔部分填充结构化网格,保证叶片曲线上的网格节点与外部网格一一对应,并对内、外网格进行整体优化;
步骤S6:将各层平面网格转换成三维曲面网格,并连接相邻层中对应的网格节点,形成三维立体网格。
作为优选,上述步骤S2中的回转曲面,每个曲面的回转轴与叶轮旋转轴重合。
作为优选,上述步骤S5中所述的结构化网格为蝶形结构化网格。
本发明的一种叶轮机械叶顶间隙CFD网格自动化生成方法,与现有技术相比,具有以下优点:
(1)采用结构化网格,数据结构简单,易于实施;
(2)采用结构化网格,易于生成高质量的扁平状网格单元,在保证网格质量的前提下,大幅度降低网格单元数,提高计算速度;
(3)如果相邻叶片之间的主流道区域采用与步骤4中相同的方式划分层状分区结构化网格,则主流道网格与叶顶间隙网格可以实现无缝对接,即两个区域交界面上的网格点可以一一对应,从而简化数据结构和CFD算法,提高计算速度。
附图说明
图1为本发明1 实施例中径流叶轮叶顶间隙示意图(子午面);
图2 实施例中径流叶轮叶顶间隙示意图(三维);
图3 实施例中径流叶轮叶片延伸段示意图;
图4 实施例中与叶片延伸段相交的回转曲面示意图;
图5 实施例中转换平面上的单层叶顶间隙网格示意图(填充叶片空腔前);
图6 实施例中转换平面上的单层叶顶间隙网格示意图(填充叶片空腔后);
图7 实施例中叶顶间隙网格三维示意图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识,用以较佳的实施例及附图配合详细的说明,说明如下:
实施例1
以径流式叶轮机械半开式叶轮为例,叶轮中每个叶片顶部与轮盖内表面存在间隙(图1、2)。本发明所述叶顶间隙网格生成方法的具体实施步骤如下:
步骤S1:将叶片曲面自叶顶位置向轮盖方向光滑延伸,直至与轮盖内表面相交,形成叶顶延伸段,如图3所示;
步骤S2:在叶顶和轮盖内表面之间***一组互不相交的回转曲面,每个曲面的回转轴与叶轮旋转轴重合,回转曲面与叶片延伸段的相交线为一条封闭的三维叶片曲线,如图4所示;
步骤S3:根据叶片数,将每个回转曲面均分成多个单通道曲面,并转换到一个二维平面上;
步骤S4:在转换平面上对叶片曲线外部区域生成分块结构化网格,如图5所示;
步骤S5:在转换平面上对叶片曲线内部空腔部分填充蝶形结构化网格,保证叶片曲线上的网格节点与外部网格一一对应,并对内、外网格进行整体优化,如图6所示;
步骤S6:将各层平面网格转换成三维曲面网格,并连接相邻层中对应的网格节点,形成三维立体网格,如图7所示。
需要说明的是,本方案中的叶轮机械是指以连续旋转叶片为本体,使能量在工作流体与轴动力之间相互转换的动力机械。包括(但不限于)压缩机、鼓风机、通风机、汽轮机、水泵、水轮机、涡轮增压器等。
综上所述,本发明的一种叶轮机械叶顶间隙CFD网格自动化生成方法,与现有技术相比,具有以下优点:
(1)采用结构化网格,数据结构简单,易于实施;
(2)采用结构化网格,易于生成高质量的扁平状网格单元,在保证网格质量的前提下,大幅度降低网格单元数,提高计算速度;
(3)如果相邻叶片之间的主流道区域采用与步骤4中相同的方式划分层状分区结构化网格,则主流道网格与叶顶间隙网格可以实现无缝对接,即两个区域交界面上的网格点可以一一对应,从而简化数据结构和CFD算法,提高计算速度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (2)
1.一种叶轮机械叶顶间隙CFD网格自动化生成方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤S1:将叶片曲面自叶顶位置向轮盖/机匣方向光滑延伸,直至与轮盖/机匣内表面相交,形成叶顶延伸段;
步骤S2:在叶顶和轮盖/机匣内表面之间***一组互不相交的回转曲面;
步骤S3:根据叶片数,将每个回转曲面均分成多个单通道曲面,并转换到一个二维平面上;
步骤S4:在转换平面上对叶片曲线外部区域生成分块结构化网格;
步骤S5:在转换平面上对叶片曲线内部空腔部分填充结构化网格,保证叶片曲线上的网格节点与外部网格一一对应,并对内、外网格进行整体优化,所述的结构化网格为蝶形结构化网格;
步骤S6:将各层平面网格转换成三维曲面网格,并连接相邻层中对应的网格节点,形成三维立体网格。
2.根据权利要求1所述的一种叶轮机械叶顶间隙CFD网格自动化生成方法,其特征在于:上述步骤S2中的回转曲面,每个曲面的回转轴与叶轮旋转轴重合。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010237367.0A CN111444582B (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种叶轮机械叶顶间隙cfd网格自动化生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010237367.0A CN111444582B (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种叶轮机械叶顶间隙cfd网格自动化生成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111444582A CN111444582A (zh) | 2020-07-24 |
CN111444582B true CN111444582B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=71649266
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010237367.0A Active CN111444582B (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种叶轮机械叶顶间隙cfd网格自动化生成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111444582B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1069499A (ja) * | 1996-08-28 | 1998-03-10 | Hitachi Ltd | ターボ機械翼列計算用格子 |
CN105427384A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-03-23 | 长安大学 | 一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成cfd网格的方法 |
CN106484993A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-03-08 | 中国航空动力机械研究所 | 整体叶轮循环对称网格自动生成方法 |
CN108399291A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-14 | 合肥市太泽透平技术有限公司 | 一种用于叶轮机械有叶部件内部流道的网格划分方法 |
CN109977345A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-07-05 | 河海大学 | 一种轴流泵叶顶间隙泄漏涡空化的数值模拟方法 |
-
2020
- 2020-03-30 CN CN202010237367.0A patent/CN111444582B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1069499A (ja) * | 1996-08-28 | 1998-03-10 | Hitachi Ltd | ターボ機械翼列計算用格子 |
CN105427384A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-03-23 | 长安大学 | 一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成cfd网格的方法 |
CN106484993A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-03-08 | 中国航空动力机械研究所 | 整体叶轮循环对称网格自动生成方法 |
CN108399291A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-14 | 合肥市太泽透平技术有限公司 | 一种用于叶轮机械有叶部件内部流道的网格划分方法 |
CN109977345A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-07-05 | 河海大学 | 一种轴流泵叶顶间隙泄漏涡空化的数值模拟方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
丛伟 ; 彭臣志 ; 宋世平 ; .基于NACA 0018翼型的两种网格类型比较研究.机械工程师.2015,(第09期),全文. * |
岳孟赫 ; 刘勇 ; 赵璐 ; 张祥 ; .涡轮叶片结构化网格自动分区策略研究.航空计算技术.2017,(第05期),全文. * |
施卫东 ; 张华 ; 陈斌 ; 张德胜 ; 张磊 ; .不同叶顶间隙下的轴流泵内部流场数值计算.排灌机械工程学报.2010,(第05期),全文. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111444582A (zh) | 2020-07-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2581501C2 (ru) | Роторная лопатка (варианты) и турбоустановка | |
CN103261631B (zh) | 流路结构及燃气涡轮排气扩散器 | |
JPH04262002A (ja) | 蒸気タービンの静翼構造 | |
JP2008545097A (ja) | タービン機械翼 | |
CN110608068B (zh) | 一种耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构 | |
EP3392459A1 (en) | Compressor blades | |
CN105308272A (zh) | 半径流入式轴流涡轮机以及涡轮增压器 | |
CN110206592A (zh) | 一种适用于径流式叶轮机械的耐高温高压一体式叶轮-密封结构 | |
CN101349168A (zh) | 空冷汽轮机末级动叶片 | |
US8777564B2 (en) | Hybrid flow blade design | |
CN114186513A (zh) | 一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法 | |
EP1985805B1 (en) | Rotary machine | |
CN111444582B (zh) | 一种叶轮机械叶顶间隙cfd网格自动化生成方法 | |
CN212671868U (zh) | 一种叶轮机械动叶叶顶密封结构 | |
CN1529052A (zh) | 一种可提高水平轴风力机风能利用效率的桨尖喷气方法 | |
CN114251130B (zh) | 一种用于控制叶顶泄漏流的鲁棒性转子结构和动力*** | |
CN112610283B (zh) | 一种采用端壁分区造型设计的涡轮叶栅 | |
CN113653672B (zh) | 一种带有分流叶片的轴流叶轮 | |
CN212054821U (zh) | 一种适用于大功率空气透平的末级动叶片结构、叶片组 | |
CN111425260B (zh) | 一种适用于大功率空气透平的末级动叶片结构、叶片组 | |
CN111271134B (zh) | 一种蜂窝-篦齿封严结构 | |
CN113569498A (zh) | 一种轴流压气机端部弯曲静叶片设计方法 | |
CN212898633U (zh) | 一种节能型汽轮机 | |
CN108194149A (zh) | 一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片 | |
CN217582527U (zh) | 一种多轴空气分离压缩机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |