风机叶片的旋转边界条件定义

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风机叶片的旋转边界条件定义
　　由于需要对叶片的旋转运动进行瞬态仿真，因此需要建立不同的计算域，ANSYS中的Body功能可以用来对计算域进行区分和定义，一个Body对应一个计算域，其中Body的定义为具有封闭空间的几何区域，不同的Body可以进行流体性质以及运动状态等参数的独立设置，Body之间则通过ANSYS中设置的交界面(Interface)进行数据交换【45】。由图3．5可知本文中风机厂风机叶片模型包括旋转域和静止域两个计算域，旋转域的运动方式为转动，而静止域则保持静止，因此需要划分为两个不同的Body。将模型的STP文件导入到Geometry模块中，使用布尔剪(BooleanSubtract)功能在将模型分为两个Body，表示旋转域的Body为叶片外表面与圆柱形交界面围成的区域，命名为Rotating，表示静止域的Body为圆柱形交界面与流场边界围成的区域，命名为Still。ANSYSMeshing中边界条件的定义是为了方便后续仿真过程中Fluent处理中的边界条件设置，使得设置时各个面的选取更加简便快捷。将Rotating Body隐藏，定义风场入口边界面为Inlet，定义风场出口边界面为Outlet，定义风场其他边界面为Wall，定义Still Body的交界面为Interfacel；将Still Body隐藏，定义Rotating Body的交界面为Interface2，定义风机厂风机叶片外表面为Blade。
　　3．3．3网格划分方法
　　通过最大元素尺寸(Element Size)的方式定义网格尺寸，由于静止域区域流场比较稳定，对于网格精度要求不高，定义Still Body的Element Size为50ram；而旋转域部分由于流场变化较为复杂，而且叶片附近区域涉及转矩等参数的计算，因此这部分区域网格精度要求较高，定义Interfacel和Interface2两个交界面的Element Size为4mm，定义叶片外表面Blade的Element Size为2mm，并分别设置相应的边界层，使得网格过渡较为均匀，同时保证叶片外表面附近区域的网格密度，保证计算的准确度，选用Automatic Method作为网格划分方式，对两个Body进行网格划分，最终划分网格如图3．7所示，叶片表面附近网格有明显的加密，且与周围尺寸较大的流场网格存在均匀的过渡。网格数量为1342390，网格质量如图3．8所示，网格质量均高于0．2，低于0．6的网格占比很小，大部分网格集中于0．75以上的区域，表明网格质量较好。3．4数值求解方案
　　3．4．1数值求解工具的选择
　　图3-8网格质量分布图根据离散原理的差别，计算流体力学(CFD)所使用的方法主要分为有限体积法、有限元法和有限差分法三种方法，其中有限体积法在流动问题的数值计算中应用最为广泛，Fluent软件就是一款利用有限体积法进行离散求解的CFD软件。Fluent收敛速度较快，求解精度较高，支持混合网格、滑移网格以及动网格等多种网格类型，包含耦合、非耦合、隐式、显式等多种算法，包含先进的物理模型，能准确的模拟湍流、层流等流场状态，因此Fluent在湍流模拟、旋转机械、动／变形网格、传热与相变、多相流、噪声等方面有着广泛应用【47】。本文中需要对叶片旋转运动进行仿真模拟，对于旋转运动的仿真模拟需要CFD软件拥有较强的网格支持能力以及网格自适应技术，Fluent在这方面的应用较为成熟，滑移网格和动网格技术可以为本文仿真模拟提供强大支持，因此本文选用Fluent作为数值求解工具。