三级离心风机的基本结构及计算模型的建立(2)
作者:石家庄风机 日期:2014-10-15 浏览:926
除了要应用合理的湍流模型、数值离散格式和相应的数值控制方法外,就是要控制网格的质量,它包括网格的尺寸、正交性、长宽比、内角、扭曲率、相邻网格的过渡等。网格质量的好坏也直接影响着离散方程能否顺利进行迭代,好的网格质量是计算结果具有准确性的基础。因此,为了使三级离心风机内部流场的计算结果具有较高可信度,需要对其流体通道的几何模型进行细致的网格划分。
3.6.1 网格生成软件 GAMBIT 简介
由于网格质量对计算结果的重要性,网格划分被看成整个计算过程中的一个重要环节。要对复杂模型进行数值计算,必须经历漫长且反复的网格划分,以期得到较为满意的网格质量。很多 CFD 或有限元结构分析软件,如 ANSYS、NASTRAN、PATRAN、I-DEAS 和 ARIEC 等都提供了专业化的网格生成工具。同时也有一些商业化的专业网格生成软件,如 GAMBIT、TGRID、ICEM 等。
GAMBIT 作为 FLUENT 的前置处理器,提供了非常灵活的网格特性,让用户可以使用非结构网格,包括三角形、四边形、六面体、金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动,甚至可以用混合型非结构网格。它允许用户根据解的具体情况对网格进行修改,如细化或粗化。同时,GAMBIT 除了自身具有强大的建模功能外,还可以读入多种 CAD软件(如 Pro/ENGINEER、UG、AutoCAD)的三维几何模型。基于上述优点,本文利用 GAMBIT 进行网格划分。同时由于本文研究的三级离心风机内部流道及其复杂,要想在 GAMBIT 中直接建模十分困难,因此,本文采用的方法是先在 Pro/E 中建立流道几何模型,再导入 GAMBIT 中划分网格。
3.6.2 网格类型
网格分为结构网格和非结构网格。简单来讲,结构网格在空间上比较规范,具有规则的网格节点,如对一个四边形区域,网格往往是成行成列分布的,行线和列线比较明显。而对于非结构网格在空间分布上没有明显的行线和列线,节点连接不规则。如果要用结构网格对某一模型进行网格划分,一般要求该模型的结构相对规整。而非结构网格虽然生成过程比较复杂,但却具有极好的适应性。在实际问题当中,模型的结构往往比较复杂,光采用结构网格来为其划分网格的话,可能导致划分失败或网格质量太差等问题。所以,对于复杂模型,通常的做法是将结构网格与非结构网格结合使用,具体的做法是将复杂模型切割成几个区域,在规则模型上用结构网格,在不能用结构网格划分的区域用非结构网格来划分,这样既能保证网格的质量,又能控制网格总数。
3.6 流场计算网格的划分
采用数值方法求解离散方程,就是想办法将控制方程在空间区域上进行离散,然后求解得到离散方程组,而要想在空间区域上离散方程,必须使用网格。但不同的问题采用不同的数值求解方法,所用的网格的形式也就不相同。为了使离散方程在求解过程中
鉴于本文研究的三级离心风机的流道模型及其复杂,在划分网格的过程中,将模型切割成 24 个区域,并分别用结构网格和非结构网格对其进行划分。
3.6.3 网格生成
本文所需计算的流体通道模型已在 Pro/E 软件中建立,如图 3-10 所示。将该模型保存为.stp 文件,同时选择入口端面圆心为坐标原点。将该文件导入 GAMBIT 即可进行下一步操作。经过多次实验,最终确定将模型切割成 24 个体,再对每个体进行网格划分,所划分的网格质量相对较好。网格检查结果如图 3-11 所示,该结果显示,本模型的网格总数接近 167 万,所有网格的扭曲率控制在 0.9 以下,最大值为 0.899,0.5 到 0.9 之间的网格只占网格总数的 10%左右。模型整体网格如图 3-12 所示。由于要对叶轮内部流动进行较为细致的观察,因此对叶轮内部通道进行网格的细化,叶轮区域网格如图3-13 所示。导风盘及蜗壳区域网格模型分别如图 3-14、3-15 所示。网格在整个流道内的数量分布见表 3-1 所示。