STARCCM风扇模拟

1. 旋转参考坐标系
z 旋转参考坐标系(Moving Reference Frame)是通过稳 态的方法进行风扇的模拟
z 需要风扇详细的CAD数据 z 稳态计算 z 将旋转区域单独分割开来，与其他区域进行interface连
接 z 网格并非真实运动，通过旋转参考坐标系的方法体现风
扇旋转区域的效果，把动量源加载到叶片转动所扫过区 域的网格
¾ 在树形模型窗口中，选择Fluid < Boundaries < Axis < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性 窗口中设定Method其属性值为 ”Rotation Rate”
¾ 选择Axis < Pyhsics Values < Wall Rotation < Constant，将其 属性值设置为2000rmp
¾ 在树形模型窗口中，选择Stopping Criteria < Maximum Steps，在属性窗口中 不勾选”Enabled”
2.2-7 计算结果
3. 风扇动量源模型
z 风扇动量源模型(Fan Momentum Source)是获取轴流 风扇特征的一个方法
z 不需要风扇的详细CAD数据 z 稳态计算 z 风扇区域与固定区域通过interface连接 z 风扇区域不真实运动，需要输入风扇的P-Q曲线，通过
1.2-6 计算结果
2. 滑移网格(Rigid Body)
z 滑移网格(Rigid Body)是通过网格节点随时间真实运动 来进行风扇的模拟
z 需要真实的CAD模型 z 瞬态计算 z 旋转区域与固定区域之间通过interface连接 z 旋转区域相对与固定区域网格在真实运动
2.1 滑移网格设置
差值的方法得到工作点的数据，把动量源加载到叶片转 动所扫过区域的网格
3.1 风扇动量源模型设置
1. 选择风扇区域(Rotating) < Physics Conditions < Momentum Source Option， 在属性窗口中将Momentum Source Option设置为”Fan”
2.2-5 边界条件(1)
z 设置进口边界的进口速度
¾ 在树形模型窗口中，选择Fluid < Boundaries < Inlet < Physics Values < Velocity Magnitude < Constant，在属性窗口中设定其属 性值为5m/s
2.2-5 边界条件(2)
z 设置旋转轴旋转，固定流体域 中的旋转轴需要设置旋转速度 ，此速度跟MRF域旋转速度一 样
描述P[Pa]-Q[m3/s]特性曲线的表格数据输入
速度入口
MRF旋转域
压力出口
1.2-1 生成交界面
生成mrf域和固定域的交界面：
¾ 同时选择Fluid < Interface1和 Rotating Interface1，右键点击选择 Create Interface < In-place。生成一 个Interface
¾ 同样的方法将Fluid < Interface2和 Rotating < Interface2设置为 Interface
¾ 选择Reference Frames < Rotating，在属性窗口中设定其属性值
Axis Direction设置为[0,0,1] Rotation Rate设置为2000rpm
1.2-4 计算域设置旋转模型
将旋转参考坐标系和计算域对应
¾ 在树形模型窗口中，选择Regions < Rotating < Physics Values < Motion Specification，在属性窗口中将 Reference Frame属性值设置为 ”Rotating”
1
2
1.1 旋转参考坐标系设置(续)
3. 将所设置的旋转参考坐标系与旋转区域对应起来：旋转域(Rotating) < Physics Values < Motion Specification，在属性窗口中将Reference Frame设置为 “Rotating”
3
z 模型介绍
1.2 旋转参考坐标系案例
1.2-2 选择物理模型
选择物理模型
¾ 在树形模型窗口中，右键点击Continua < Physics 1 < Models，选择Select models…，在弹出的模型选择窗口中选择如下图所示的物理模型
1.2-3 选择旋转参考坐标系
设置旋转参考坐标系
¾ 在树形模型窗口中，右键点击Tools < Reference Frames，选择New < Rotating，新建 一个旋转参考坐标系名称为“Rotating”
2.2-6 求解控制
z 设置瞬态计算时间步长
¾ 在树形模型窗口中，选择Solvers < Implicit Unsteady，在属性窗口中设定 Time Step属性值为”1.04167E-4 s”
z 设置计算时间
¾ 在树形模型窗口中，选择Stopping Criteria < Maximum Physical Time，在属 性窗口中将Maximum Physical Time属性值设置为“0.03s”
¾ 需要注意的是，这里选择非定场计算模型
2.2-3 选择滑移网格模型
设置旋转参考坐标系
¾ 在树形模型窗口中，右键点击Tools < Motions，选择New < Rotation，新建一个滑移网 格模型名称为“Rotation”
¾ 选择Motions < Rotation，在属性窗口中设定其属性值
4
z 模型介绍
2.2 滑移网格案例
速度入口
滑移旋转域
压力出口
2.2-1 生成交界面
生成mrf域和固定域的交界面：
¾ 同时选择Fluid < Interface1和 Rotating Interface1，右键点击选择 Create Interface < In-place。生成一 个Interface
Axis Direction设置为[0,0,1] Rotation Rate设置为2000rpm
2.2-4 计算域设置旋转模型
将旋转参考坐标系和计算域对应
¾ 在树形模型窗口中，选择Regions < Rotating < Physics Values < Motion Specification，在属性窗口中将 Motions属性值设置为”Rotation”
2.2-5 边ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ条件(3)
z MRF域中的Walls边界是不需要随 计算域所旋转的，应将其设置为静 止
¾ 在树形模型窗口中，选择Rotating < Boundaries < Walls < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性窗口中设定 Method其属性值为”None”； Reference Frame数值值设定为 “Absolute”
2. 选择风扇区域(Rotating) < Physics Values < Fan Momentum Source，在属性 窗口中设置其属性值
2 1
3.2 风扇动量源模型案例—轴流风扇模拟
计算域：Body_out
计算域：Body_out
流入口 滞止入口：101325.0Pa
流出口 压力出口：101325.0Pa
风扇特性曲线是由表中的数据给
定的
-fan.csv-
P [Pa]
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Vol [m3/s]
3.2-4 动量源选项设定
选择”Fan”区域作为流体动量源域
P6页设定风扇动量源 P9页设定求解控制参数
3.2-5 风扇动量源设定
风扇动量源设定参数
¾ 同样的方法将Fluid < Interface2和 Rotating < Interface2设置为 Interface
2.2-2 选择物理模型
选择物理模型
¾ 在树形模型窗口中，右键点击Continua < Physics 1 < Models，选择Select models…，在弹出的模型选择窗口中选择如下图所示的物理模型
初始压力：101325.0Pa
表1 物性值
Air
密度(kg/m^3)
1.18451
粘性系数(Pa·s) 1.85508E-5
计算域：Fan
*其他边界：wall
风扇轴壁面 wall:：500 rad/s
interface
侧壁面 wall:：0 rad/s
3.2-1 事先准备的材料
轴流式风扇模拟之前准备必须的数据
Rotation”的节点与Motions < Rotation相对应
1
3 2
2.1 滑移网格设置(续)
4. 将滑移网格模型和旋转区域对应起来：旋转域(Rotating) < Physics Values < Motion Specification，在属性窗口中设置Motion为”Rotation”
1.2-5 边界条件(1)
z 设置进口边界的进口速度
¾ 在树形模型窗口中，选择Fluid < Boundaries < Inlet < Physics Values < Velocity Magnitude < Constant，在属性窗口中设定其属 性值为5m/s
1.2-5 边界条件(2)
z 设置旋转轴旋转，固定流体域 中的旋转轴需要设置旋转速度 ，此速度跟MRF域旋转速度一 样
z 风扇模拟的一般应用方法
1.1 旋转参考坐标系设置
1. 树形模型窗口中，右键Tools < Reference Frames，选择New < Rotating。在 Reference Frames节点下增加”Rotating”节点
2. 点击Reference Frames < Rotating，在属性窗口中设置其属性值
z 风扇特性曲线(P-Q特性曲线)
P [Pa]
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Vol [m3/s]
z 风扇旋转速度 z 流体温度 z 风扇扇叶角度(扇叶不能有曲率) z 旋转轴坐标位置
3.2-2 风扇旋转坐标系(圆柱坐标系)生成
3.2-3 风扇特性曲线设定
1. 旋转参考坐标系(Moving Reference Frame) 2. 滑移网格(Rigid Body) 3. 风扇动量源模型(Fan Momentum Source)
模型对比
旋转参考坐标系
是否需要完整风 扇CAD模型
是
模拟方法： 稳态/瞬态
稳态
滑移网格
是
瞬态
风扇动量源模型 否
稳态
适用情况
获取轴流风扇特 征
1. 树形模型管理窗口中，右键点击Tools < Motions，选择New < Rotation。在 Motions下增加一个名为”Rotation”的节点
2. 选择Motions < Rotation，在属性窗口中设置其属性值 3. 在Tools < Reference Frames，节点下自动增加一个名为”ReferenceFrame For
¾ 在树形模型窗口中，选择Fluid < Boundaries < Axis < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性 窗口中设定Method其属性值为 ”Rotation Rate”
¾ 选择Axis < Pyhsics Values < Wall Rotation < Constant，将其 属性值设置为2000rmp
STAR-CCMp_风扇模拟 功能介绍
¾2010.11.08
CDAJ-CHINA
目的
z 介绍STAR-CCMp中进行风扇模拟的模型、适用范围、 模型设置等介绍
z 用户在进行风扇模拟时可参考本内容选择合理的模型进 行模拟
【注】本教程模拟设置部分示例截图为STAR-CCM+ v5.04版本
风扇模拟模型分类
1.2-5 边界条件(3)
z MRF域中的Walls边界是不需要随 计算域所旋转的，应将其设置为静 止
¾ 在树形模型窗口中，选择Rotating < Boundaries < Walls < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性窗口中设定 Method其属性值为”None”； Reference Frame数值值设定为 “Absolute”