旋转坐标系

混合平面模型选项
固定不可压流的压力水平
命令：define -> mixing-planes -> set -> fixpressure-level
旋量守恒
命令：define -> mixing-planes -> set -> conserve -swirl
总焓守恒
命令：define -> mixing-planes -> set -> conserve – total-enthalpy
多重旋转坐标系 ——稳态近似
多参考系模型（MRF） 混合平面模型
滑移网格
多参考系模型（MRF）
对静止和不同移动区域采用不同坐标系， 将非稳态问题变为稳态问题
在不同区域中分别求解相应坐标系下的方 程
不同区域的界面处保证绝对速度连续
多参考系模型（MRF）
MRF应用
多参考系下的稳态流动 转子和定子之间相互作用较弱的透平机械 瞬态影响不大的搅拌器 滑动网格模型的初始解
单旋转参考系模型(SRF)
适用条件：
随旋转坐标系一起运动的壁面可以具有任意 形状
和转坐标系有相对速度的壁面必须是绕旋转 坐标系转轴的回转面
旋转周期性边界条件的对称轴必须是旋转坐 标系的转轴
SRF不能处理的流动
静止和移动区域并存 移动边界回转轴不同
Fluent对静止和移动区域并存的处理
多参考系
正则网格：interface -> interior zone 非正则网格
旋转坐标系求解步骤
1. Velocity Formulation
旋转坐标系求解步骤
2. Boundary Conditions of Walls, Fluids, Solids, Velocity Inlets, Mass Flow Inlets, etc
混合平面模型局限
对于density-based solver, 必须使用绝对速 度表达式
不能使用 LES 湍流模型。 不能与物质的输运和燃烧模型一起使用。 不能与VOF多相模型一起使用 对于流场求解的耦合算法，混合平面模型
不能与离散相模型一起使用
混合平面的概念
混合平面的概念
同样在定子进口出计算静压（ps）等做为转子出 口的边界条件
混合平面的概念
混合平面对
混合平面模型的网格
每个区域都有自己独立的网格。 各个区域之间流动的信息通过混合平面来
耦合 转子和定子的网格可以是非正则的，网格
的类型也可以不同
混合平面算法
１．更新定子和转子区域的流场 ２．对定子入口和转子出口的边界流体特性 求平均，获得用于更新边界条件的信息。 ３．将获得的信息传递给定子入口和转子出 口的边界条件 ４．重复1－3 步直到收敛
多参考系模型（MRF）局限
界面(Interface)为回转面，垂直于界面的参 考系的速度分量为零
稳态问题 迹线和离散相粒子轨迹使用的是相对速度
。可以用“define/models/dpm/ options/track-in-absolute-frame”改为绝对 速度。 不能精确模拟轴对称旋流 参考系的平移速度和旋转速度都是常数
单旋转坐标系的求解策略
（Pressure-based solver）改变速度表达式 (Pressure-based solver )使用 PRESTO！ （ Pressure-based solver ）减小速度的松
弛因子，将其设为 0.3～0.5 或更低。 确保网格足够细，以分辨压力和速度梯度 用一个较低旋转速度开始计算，然后逐渐
移动边界问题的求解
动网格 坐标变换
Fluent对移动边界问题的处理
旋转坐标系
单旋转坐标系 多旋转坐标系（多参考系） 混合平面模型
滑移网格 动网格
旋转坐标系
旋转坐标系的应用
搅拌槽中的搅拌桨
旋转坐标系的应用
涡轮机械的旋转叶片（如离心机叶轮，轴 流风扇等）
旋转坐标系的应用
3. 混合平面模型：《FLUENT 6.3 Tutorial Guide》 第10章
4. 多参考系：《Fluent技术基础与应用实例 》第9.4节
旋转坐标系求解步骤
3. Initialize 4. Iterate 5. 后处理
相对速度表达式和绝对速度表达式的选择
原则：使求解域中的速度尽量小
绝对速度表达式适用于求解域的流体大部分是 静止的（如大空间中的风机）。
相对速度表达式适用于求解域的流体大部分是 旋转的。比如混合器中有一个搅拌桨。
② （仅对于３维）在Mixing Plane Geometry（ 混合平面几何体）下选择其中一个选项来说 明混合平面的几何形状
③ 仅对于３维）设置插值点（Interpolation Points）的个数。这是建立边界profiles 的周 向平均所用的径向或轴向位置的个数
④ Under－relaxaton: ⑤ Creat（创建）建立一个混合Fra Baidu bibliotek面
混合平面问题的求解策略
首先在混合界面用固定的条件获得临时的 解，然后再激活混合平面模型，避免回流 ，使计算收敛
降低混合平面的松驰因子
作业
1. 单旋转坐标系：《FLUENT 6.3 Tutorial Guide》 第8章
2. 多参考系：《FLUENT 6.3 Tutorial Guide 》 第9章
对于耦合求解器不能用相对速度 对于速度入口和壁面可以任意指定速度为
相对的或是绝对的。 压力入口和压力出口的压力和速度必须与
求解域中的速度表达式一致
壁面速度
如果壁面随着旋转参考系运动（因此相对 旋转参考系是静止的），将其角速度设为 零。
惯性系中的静止壁面就应在绝对参考坐标 系中将其速度设为零。
混合平面模型把流动区域当稳态问题来处理
在指定的迭代间隔里，FLUENT 使用面积加 权平均（周向平均），来更新混合平面的边 界条件
在转子出口处计算总压（p0），速度方向的cos 值（α r α t α z ），总温（Ｔo）,湍流动 能（k），湍流耗散率（ε）用于更新定子的入口 边界条件。
旋转通道中的流动（如冷却管道，二次风 流动环路，旋转设备中的圆盘空穴等）
为什么“旋转坐标系”？
把非稳态问题变为稳态问题
旋转坐标系中的方程
绝对速度与相对速度
旋转坐标系中的方程
旋转坐标系下用相对速度表示的流体力学 方程
前提：d 0
dt
旋转坐标系中的方程
旋转坐标系下用绝对速度表示的流体力学 方程
混合平面模型中的守恒问题
质量守恒 旋量（Swirl）守恒 总焓守恒
旋转参考系的网格
单旋转坐标系
2 维问题，旋转轴必须平行于Z 轴 2 维轴对称性问题，旋转轴必须是X 轴 3 维问题，为了方便通常选取x 轴，y 轴或z 轴
做为旋转轴，但FLUENT 能处理任意旋转坐标 轴
增加，最终获得合理的结果
混合平面模型的设置
1. Velocity Formulation 2. 给出旋转区域的角速度和旋转轴 3. 边界条件 4. 定义混合平面： Define -> Mixing Planes.
混合平面模型的设置
4. 定义混合平面
① 选择一个上游区域和一个下游区域来给出组 成混合平面对
混合平面模型
介于MRF与滑移网格之间 可以近似处理非稳态的相对运动问题 每个区域都看成是稳态的 混合平面为不同区域的交界面，也是边界
条件所在平面 区域之间通过混合平面上经过周向平均（
混合）的数据来联系。 混合就消除了流域通道之间由于周向变化
而导致的不稳定（如尾流，激波，分流） ，从而得到稳态解。