NUMECA 一级半压气机优化教程
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FINETM/Design3D软件 一级半压气机优化教程
www.numeca-beijing.com NUMECA FINETM/Design3D 35_1 尤迈克北京（流体）工程技术有限公司 NUMECA-Beijing Fluid Engineering Co., LTD.
目录
1、叶片拟合（AutoBlade_Fitting）
叶片拟合-参数化（1/4）
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端壁线控制点数根据其型线复杂程度而定，此时Hub取20个，Shroud取2个
流面选择锥形
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7
叶片拟合-参数化（1/4）
wenku.baidu.com
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积叠规律： 选择前缘积叠 以HUB为基准简单贝塞尔曲线弯掠 周向选取简单贝塞尔曲线变化
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流场分析-给出网格模板（2/4）
www.numeca-beijing.com
1 、 在 拟 合 任 务 的 基 础 上 ， 新 建 一 个 任 务 ， 命 名 为 SCR ， 在 Run Mode 下 选 择 AutoBlade_CFD_SCREENING。 2、通过界面上方快捷按钮中的 输入.par文件
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叶片拟合-拟合（1/4）
4、初始化拟合是为正式拟合提供一合适的参数变化范围，它可以最大程度的缩减拟合所需要的时间。 只有初始化拟合的结果遵循了Design3D的要求，正式拟合才会得到与目标几何相似的结果。
5、查看初始化拟合结果一般查看几个重要的特征：1.流道形状与前后缘线的形状；2.B2B截面叶片形 状 。 前 者 通 过 Meridional_Graph+ENDWALLS_AND_EDGE_TRACES 来 查 看 ； 后 者 可 通 过 DMR_THETA_SECTION_GRAPH+SECTION_X_SPAN_X来查看。
建议的做法是针对当前所使用的叶 型数据 , 通过 AutoGrid 手工生成模
板文件
6、激活Multistage选项，通过Import an IGG script指定制作级网格的脚本文件 multistage.py 。 选择被优化的叶片排，使其处于高亮状态
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流场分析-给出边界条件和输出（2/4）
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叶片拟合-拟合（1/4）
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进行正式拟合之后，经常会出现拟合后的与原始叶型仍然存在一定的差别，此时用户可以在目前拟合 的基础之上进行二次拟合。只需 “Import”对应工程目录下的_fit目录中的.par文件，点击 ”Launching Fitting Process”即可。切勿再次点击”Launching AutoBlade Initialization Process”，否则前功尽弃。
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流场分析-给出网格模板（2/4）
5 、指定 AutoGrid 网格模板，只是 被优化的叶片排的网格模板 模板通过AutoGrid来生成得到。 模板的几何可以和当前使用的几何
不同，但是必须相似，以保证使用
该模板时能正常的生成网格。一般
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流场分析-给出网格模板（2/4）
3、打开AutoBlade视图，查看该参数化叶型。
对于一个实际叶轮（闭式轮，半开式轮），其叶轮通常在上下端壁之间。而在CFD计算生成网格 时，需要保证叶片和端壁相交。因此，需要对原有的叶型进行叶片延伸。AutoBlade可以在原有 叶型上添加虚控制面，来实现叶片的延伸以及叶片各实截面间的光滑过渡。如果原始叶轮能够满 足叶片和端壁相交的要求，则该步骤可以略过。
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叶片拟合-参数化（1/4）
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根据拟合目标的形式（结构）来选择合适的初始模 板，可以让 Design3D 自动切换出适合于对应目标 的拟合和表述方式，例如构造面的选择、叶片形式 的选择等等。如选择错误的模板，则可能使得拟合 速度变慢甚至无法拟合。 尤迈克（北京）流体工程技术有限公司 6
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.par
BCs
Parametric blade modeler (AutoBlade or AutoBlade_fintting)
Automatic grid generator (AutoGrid)
Flow solver (EURANUS)
Graphics postprocessor (CFView)
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叶片拟合
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AutoBlade_Fitting
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叶片拟合-导入几何（1/4）
1、打开Fine（开始-程序-Numeca Soft-Fine），切换到Design3D界面 2、新建优化项目（File-New），Axial-Design.iec 3、建立拟合项，Fitting
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流场分析
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AutoBlade_CFD_Screening
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流场分析-给出网格模板（2/4）
在三维叶轮造型(AutoBlade)完成或者三维叶轮拟合(AutoBlade_Fitting)之 后，对应着某一个特定的三维叶轮形状。为了对该叶轮进行三维流场的分析 ，则需要包含网格生成、计算、后处理三个过程。这三个过程，分别要使用 AutoGridTM、FINETM/Turbo、CFViewTM模块。通过CFD_Screening，可自 动实现这些模块的调用，其间使用了宏技术和批处理技术。
如果用户在进行正式拟合之后，对叶片的构造方式、构造点数都进行了重新设定，并且发现叶片有明 显的改变，则建议重新执行初始化拟合，然后在进行正式拟合。
拟合是用很少的控制参数来逼近非常多的离散点所表述的线己面的过程。因此，拟合的结果可能和目 标叶型非常的接近，但不可能达到与原始叶型完全相同的效果。因此拟合的结果好坏完全凭个人判断 。此外，拟合的目的多为优化做准备，优化过程中，自由参数会控制叶型的自动变化，此变化比拟合 后的叶型与原始叶型的差别要大的多。因此，要以客观、合理的观点去评测拟合结果。
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叶片拟合-导入几何（1/4）
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拟合的目标为 geomturbo 格式，可以为 AG5 的格式，也可为 AG4 格式。其中不能使用 外部文件，也不能为Link CAD格式调入的几何。截面必须为sectional 形式。 最方便的方式是利用loft形式的几何面在 AutoGrid4中指定，然后存储网格模板即可产生 *.geomturbo文件。 指定目标文件之后，Design3D会自动复制该文件至目前工程目录。
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1.1、导入几何 1.2、参数化 1.3、拟合 2、压气机流场分析（AutoBlade_CFD_Screening） 2.1、给出网格模板 2.2、给定边界条件 2.3、流场分析 3、数据库样本生成（Database_Generation） 3.1、自由参数设定 3.2、样本生成 4、样本优化（Optimization） 4.1、目标函数 4.2、优化
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查看初始化拟合的结果，可以帮助使用者判断所选定的叶片 表述方式以及模板是否合理，并可以判断目标几何中可能存 在的问题。一个最常见的问题便是目标几何的压力面和吸力 面相对位置不满足Design3D的要求，导致初始化拟合失败 （在有些情况下甚至不提示失败，但正式拟合的结果比初始 化拟合结果更差，此时也是由同样的原因引起） F3D 要求目标几何 geomturbo 文件中的吸力面位于压力面 上 侧 ， 在 左 图 中 可 以 用 鼠 标 中 键 点 击 Target_SS 以 及 Parametric_SS，查看其相对应PS面的位置。如果出现SS 面的整条线或者部分线段在 PS线下，则说明所指定的目标 文件需要修改。此时，使用者需要在目标文件(geomturbo) 的最后添加”EXCHANGE_BLADE_SIDES”语句，或者直 接将文件中的 suction 关键词更改为 pressure, 而 pressure 关键词则替换为 suction。之后，需要重新指定拟合目标文 件，并重新进行初始化拟合，直至没有问题为止。 尤迈克（北京）流体工程技术有限公司 11
叶片拟合-拟合（1/4）
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6、选择合适的拟合对象以及拟合精度进行正式拟合。
7、在绝大多数情况下，不需要更改拟合的参数，用户仅仅需要使用” Coarse-FINE” 的选项进行拟合即可，不建议使用User Define模式。 8、拟合对象用户可以选择性拟合。 总的拟合次数＝取决于选择拟合对象的个数
• 3D Associated Computation
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用于全三维分析，但需要在指定预置的网 格生成模板，在FINE/TURBO界面中完成 边界定义，初场设定等。 • Multi mesh 由于3D Wizard无法交互式控制网格，生成的网格质量不能保证，且定义转动壁面时不能按区域给定，因 此一般不常用。本教程基于最常用的3D Associated Computation进行讲解。 4、选择3D Associated Computation。 SCREENING子任务选择：对应一个完整的CFD分析，需要将4项全部勾选。在某些特殊要求时，可根据需 要进行选择，例如可仅进行叶型的生成、网格的生成等。但必须遵循原则：当上层任务（图示箭头顺序） 没选择时，下层任务将无法执行。
7 、选择 Incompressible ， Compressor ，Rotor。 8、ModulesFine Turbo返回Fine界面， 在网格目录栏中指定一个具有相同拓扑结 构的网格，进行计算条件设定。 对于多级结构，此时指定的网格是整级的 网格。
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叶片拟合-拟合（1/4）
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返回Fitting界面，点击“Launch Autoblade initialization Process” ， F3D 自动启动初始化拟合过程，并会有进度提示。如拟合成功，则 F3D没有额外提示，如失败，则会提示失败信息。在Solution页面下可 以查看初始化拟合的结果。
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叶片拟合-参数化（1/4）
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选择合适的叶片表述方式将直接决定最终的拟合结果。例如，如果原始叶片采用周向弯曲 ，而在拟合时选择的”Tangential Location”中的规律为Line型，则最终必定无法实现三 维叶片的正确拟合；再例如，构造叶片中弧线的点数太少，则拟合的结果很难达到好的效 果，此时，适当增多中弧线的控制点数，可以使叶片形状能更自由的变化，从而拟合也可 以达到较好的结果。但这并不意味着一定要选择非常多的控制点，因为如果这些参数再优 化过程中要作为自由参数，则会导致自由参数数目的显著增加，从而需要花费更多的时间 来生成数据库样本。
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流场分析-给出网格模板（2/4）
F3D提供了四种分析模式，即 • Blade 2 Blade Wizard 用于B-2-B分析，可以进行准三维流动分析 • 3D Wizard 用于全三维分析，并使用F3D中内置的向 导功能，指定网格、给定边界条件等
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1、叶片拟合（AutoBlade_Fitting）
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叶片拟合-参数化（1/4）
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1 、 在 拟 合 任 务 的 基 础 上 ， 新 建 一 个 任 务 ， 命 名 为 SCR ， 在 Run Mode 下 选 择 AutoBlade_CFD_SCREENING。 2、通过界面上方快捷按钮中的 输入.par文件
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叶片拟合-拟合（1/4）
4、初始化拟合是为正式拟合提供一合适的参数变化范围，它可以最大程度的缩减拟合所需要的时间。 只有初始化拟合的结果遵循了Design3D的要求，正式拟合才会得到与目标几何相似的结果。
5、查看初始化拟合结果一般查看几个重要的特征：1.流道形状与前后缘线的形状；2.B2B截面叶片形 状 。 前 者 通 过 Meridional_Graph+ENDWALLS_AND_EDGE_TRACES 来 查 看 ； 后 者 可 通 过 DMR_THETA_SECTION_GRAPH+SECTION_X_SPAN_X来查看。
建议的做法是针对当前所使用的叶 型数据 , 通过 AutoGrid 手工生成模
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6、激活Multistage选项，通过Import an IGG script指定制作级网格的脚本文件 multistage.py 。 选择被优化的叶片排，使其处于高亮状态
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5 、指定 AutoGrid 网格模板，只是 被优化的叶片排的网格模板 模板通过AutoGrid来生成得到。 模板的几何可以和当前使用的几何
不同，但是必须相似，以保证使用
该模板时能正常的生成网格。一般
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3、打开AutoBlade视图，查看该参数化叶型。
对于一个实际叶轮（闭式轮，半开式轮），其叶轮通常在上下端壁之间。而在CFD计算生成网格 时，需要保证叶片和端壁相交。因此，需要对原有的叶型进行叶片延伸。AutoBlade可以在原有 叶型上添加虚控制面，来实现叶片的延伸以及叶片各实截面间的光滑过渡。如果原始叶轮能够满 足叶片和端壁相交的要求，则该步骤可以略过。
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根据拟合目标的形式（结构）来选择合适的初始模 板，可以让 Design3D 自动切换出适合于对应目标 的拟合和表述方式，例如构造面的选择、叶片形式 的选择等等。如选择错误的模板，则可能使得拟合 速度变慢甚至无法拟合。 尤迈克（北京）流体工程技术有限公司 6
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Parametric blade modeler (AutoBlade or AutoBlade_fintting)
Automatic grid generator (AutoGrid)
Flow solver (EURANUS)
Graphics postprocessor (CFView)
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叶片拟合
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AutoBlade_Fitting
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叶片拟合-导入几何（1/4）
1、打开Fine（开始-程序-Numeca Soft-Fine），切换到Design3D界面 2、新建优化项目（File-New），Axial-Design.iec 3、建立拟合项，Fitting
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流场分析
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在三维叶轮造型(AutoBlade)完成或者三维叶轮拟合(AutoBlade_Fitting)之 后，对应着某一个特定的三维叶轮形状。为了对该叶轮进行三维流场的分析 ，则需要包含网格生成、计算、后处理三个过程。这三个过程，分别要使用 AutoGridTM、FINETM/Turbo、CFViewTM模块。通过CFD_Screening，可自 动实现这些模块的调用，其间使用了宏技术和批处理技术。
如果用户在进行正式拟合之后，对叶片的构造方式、构造点数都进行了重新设定，并且发现叶片有明 显的改变，则建议重新执行初始化拟合，然后在进行正式拟合。
拟合是用很少的控制参数来逼近非常多的离散点所表述的线己面的过程。因此，拟合的结果可能和目 标叶型非常的接近，但不可能达到与原始叶型完全相同的效果。因此拟合的结果好坏完全凭个人判断 。此外，拟合的目的多为优化做准备，优化过程中，自由参数会控制叶型的自动变化，此变化比拟合 后的叶型与原始叶型的差别要大的多。因此，要以客观、合理的观点去评测拟合结果。
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叶片拟合-导入几何（1/4）
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拟合的目标为 geomturbo 格式，可以为 AG5 的格式，也可为 AG4 格式。其中不能使用 外部文件，也不能为Link CAD格式调入的几何。截面必须为sectional 形式。 最方便的方式是利用loft形式的几何面在 AutoGrid4中指定，然后存储网格模板即可产生 *.geomturbo文件。 指定目标文件之后，Design3D会自动复制该文件至目前工程目录。
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1.1、导入几何 1.2、参数化 1.3、拟合 2、压气机流场分析（AutoBlade_CFD_Screening） 2.1、给出网格模板 2.2、给定边界条件 2.3、流场分析 3、数据库样本生成（Database_Generation） 3.1、自由参数设定 3.2、样本生成 4、样本优化（Optimization） 4.1、目标函数 4.2、优化
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查看初始化拟合的结果，可以帮助使用者判断所选定的叶片 表述方式以及模板是否合理，并可以判断目标几何中可能存 在的问题。一个最常见的问题便是目标几何的压力面和吸力 面相对位置不满足Design3D的要求，导致初始化拟合失败 （在有些情况下甚至不提示失败，但正式拟合的结果比初始 化拟合结果更差，此时也是由同样的原因引起） F3D 要求目标几何 geomturbo 文件中的吸力面位于压力面 上 侧 ， 在 左 图 中 可 以 用 鼠 标 中 键 点 击 Target_SS 以 及 Parametric_SS，查看其相对应PS面的位置。如果出现SS 面的整条线或者部分线段在 PS线下，则说明所指定的目标 文件需要修改。此时，使用者需要在目标文件(geomturbo) 的最后添加”EXCHANGE_BLADE_SIDES”语句，或者直 接将文件中的 suction 关键词更改为 pressure, 而 pressure 关键词则替换为 suction。之后，需要重新指定拟合目标文 件，并重新进行初始化拟合，直至没有问题为止。 尤迈克（北京）流体工程技术有限公司 11
叶片拟合-拟合（1/4）
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6、选择合适的拟合对象以及拟合精度进行正式拟合。
7、在绝大多数情况下，不需要更改拟合的参数，用户仅仅需要使用” Coarse-FINE” 的选项进行拟合即可，不建议使用User Define模式。 8、拟合对象用户可以选择性拟合。 总的拟合次数＝取决于选择拟合对象的个数
• 3D Associated Computation
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用于全三维分析，但需要在指定预置的网 格生成模板，在FINE/TURBO界面中完成 边界定义，初场设定等。 • Multi mesh 由于3D Wizard无法交互式控制网格，生成的网格质量不能保证，且定义转动壁面时不能按区域给定，因 此一般不常用。本教程基于最常用的3D Associated Computation进行讲解。 4、选择3D Associated Computation。 SCREENING子任务选择：对应一个完整的CFD分析，需要将4项全部勾选。在某些特殊要求时，可根据需 要进行选择，例如可仅进行叶型的生成、网格的生成等。但必须遵循原则：当上层任务（图示箭头顺序） 没选择时，下层任务将无法执行。
7 、选择 Incompressible ， Compressor ，Rotor。 8、ModulesFine Turbo返回Fine界面， 在网格目录栏中指定一个具有相同拓扑结 构的网格，进行计算条件设定。 对于多级结构，此时指定的网格是整级的 网格。
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叶片拟合-拟合（1/4）
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返回Fitting界面，点击“Launch Autoblade initialization Process” ， F3D 自动启动初始化拟合过程，并会有进度提示。如拟合成功，则 F3D没有额外提示，如失败，则会提示失败信息。在Solution页面下可 以查看初始化拟合的结果。
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叶片拟合-参数化（1/4）
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选择合适的叶片表述方式将直接决定最终的拟合结果。例如，如果原始叶片采用周向弯曲 ，而在拟合时选择的”Tangential Location”中的规律为Line型，则最终必定无法实现三 维叶片的正确拟合；再例如，构造叶片中弧线的点数太少，则拟合的结果很难达到好的效 果，此时，适当增多中弧线的控制点数，可以使叶片形状能更自由的变化，从而拟合也可 以达到较好的结果。但这并不意味着一定要选择非常多的控制点，因为如果这些参数再优 化过程中要作为自由参数，则会导致自由参数数目的显著增加，从而需要花费更多的时间 来生成数据库样本。
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流场分析-给出网格模板（2/4）
F3D提供了四种分析模式，即 • Blade 2 Blade Wizard 用于B-2-B分析，可以进行准三维流动分析 • 3D Wizard 用于全三维分析，并使用F3D中内置的向 导功能，指定网格、给定边界条件等