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Fidelity案例|01 蜗壳内部流场

内容纲要

本案例旨在演示在Fidelity中,从CAD定义到CFD结果分析的通用工作流程。

1 目的

这个教程使用的网格非常粗糙,主要目的在于帮助用户快速理解整个Fidelity工作流程。

本案例工作流程包括:

  1. 如何导入几何模型。
  2. 如何定义计算域。
  3. 如何设置和生成网格。
  4. 如何设置并运行模拟。
  5. 如何后处理查看模拟结果。

本案例展示了如何在Fidelity中,按照标准流程为一个涡轮叶片进行模拟。这类涡轮叶片通常连接到径向或轴向涡轮,要求出口流体应重新导向。案例将分析涡轮叶片内,流动方向发生90度变化的情况。

2 几何

  • 启动Fidelity 2023.2。
  • 从应用程序库中选择DBS模板,以便在一个项目中创建网格并对其运行模拟。
  • 在上下文操作工具栏中点击Import按钮
  • 在打开的文件选择对话框中选中几何文件volute.stl,点击按钮Import file导入文件,导入的文件如图所示
  • 将项目保存为Tutorial-volute

此时将创建一个名为Tutorial-volute的文件夹,其中包含文件Project.omnis

3 区域

  • 进入Domain 工作流程

1、创建Domain

  • 点击上下文操作栏中的Create/Edit Domain 按钮打开Domain创建对话框
  • 点击对话框左上方的加号创建Domain,在树状结构中选择几何体volute。点击按钮Add assemblies按钮将几何添加到区域中
  • 点击关闭以关闭该工具。

2、编辑种子点

  • 在树状结构中选择Seed point
  • Seed point definition面板中,如有需要,调整种子点的位置。本教程中的默认种子点已经正确定义。

另外,可直接在GUI的交互式界面移动种子点,并确保它位于域内。

3、编辑边界条件

  • 展开组件volute,然后从树状结构中选择inlet边界。在属性面板中将BC type设置为Inlet
  • 选择树状结构中的Outlet边界,在属性面板中将BC类型设置为Outlet
  • 选择树状结构中的Wall边界,保持默认的BC类型。

4 网格

  • 进入 Mesh 工作流程

4.1 创建网格设置

  • 点击工具栏按钮 Create/Edit 打开设置对话框
  • 点击对话框左上角的加号按钮,选择 Hexpress
  • 选择之前创建的 Domain1 ,点击按钮 Add domains ,关闭对话框

4.2 编辑网格参数

  • 选择模型树节点 Mesh Setup 1
  • 设置Cell typeFull hexa,指定Initial cell size0.025 m

软件自动生成全六面体网格,如图所示。

4.3 局部网格控制

  • 进入Local选项卡,激活选项 Curvature ,指定 Min cell size0.01 m

4.4 添加边界层

  • 选择模型树节点Wall,进入 local 面板
  • 激活选项 Viscous layers ,如下图所示指定边界层参数

4.5 生成体网格

  • 选择模型树节点 Mesh Setup 1 ,进入 Control 选项卡,点击按钮 Start 进行体网格生成

可以点击按钮Start mesh analysis直接分析网格质量。

4.6 分析网格

  • 点击工具栏按钮 Mesh quality 可以查看网格信息
  • 如下图所示,可以看到网格的质量信息

5 计算求解

  • 进入Simulation工作流程

5.1 创建仿真

  • 点击工具栏按钮 Create/Edit 打开设置对话框
  • 点击对话框左上角的加号,选择使用求解器 Open solver
  • 选择列表 Domain1 ,点击按钮 Add domains 将其加入到求解区域中

5.2 设置仿真参数

  • 选择模型树节点 Simulation 1,在Config.选项卡中设置流动类型为 Internal
  • 进入 Numerics 选项卡,激活选项 CPU booster
  • 进入 Output 选项卡,增加输出变量 **Y+、Cf、Viscous stress(wall to fluid) **

5.3 设置区域参数

  • 选择模型树节点 Domain 1 ,如下图所示在 Materials 选项卡中指定材料介质
  • 选择模型树节点 Domain 1, 进入Physics选项卡,如下图所示选择设置参数
  • 进入Initial Sol.选项卡,设置初始条件,如下图所示
    • 设置Vx50 m/s
    • 设置Vz50 m/s
    • 设置 k84.4 m2/s2
    • 设置 epsilon89980 m2/s3
  • Numerics选项卡参数保持默认设置

5.4 设置边界条件

  • 选中模型树节点 Inlet ,如下图所示设置边界参数

5.5 求解计算

  • 选择模型树节点Simulaton1,进入Control选项卡,点击按钮Start开始计算
  • 计算过程中可以点击工具栏按钮查看计算过程及监控图形
  • 如下面的残差曲线与进出口流量监控曲线

迭代计算速度还行,不过计算前的准备工作时间太长了。看界面提示似乎是在计算前重新对网格进行分区。这个工作不应该是网格划分完毕后就已经完成了么,难以想象如果网格数量非常多的时候,这个过程会有多慢。

6 查看计算结果

  • 进入 Results analysis 工作流程
  • 选择模型树节点Simulation1,点击按钮 Start results analysis 加载结果数据

注:这里有个很瓜怂的设计,当点击按钮Start results analysis后,在树形菜单的顶部会出现一个不断旋转的小圈圈,正常人都会认为是程序在工作中,实际上出现小圈圈表示结果文件已经加载完毕,可以进行后处理的意思。设界面设计神叨叨的。

  • 点击工具栏的Cutting Plane工具
  • 点击工具栏按钮 Create color contour ,指定显示的物理场为 Static Pressure ,点击按钮 Apply 显示切面上的压力
  • 压力分布
  • 速度分布

7 总结

Fidelity是Cadence收购NUMECA后,基于O

总体上来看,Fidelity操作界面还是比较顺畅和丝滑的,其将整个仿真过程放在了5个操作流程中(几何、区域、网格、仿真、后处理),各流程的操作界面能够保持统一,利用树形菜单加设置面板的操作方式,操作过程较为方便。

但界面细节也延续了NUMECA的缺陷,字体不清晰(不知道能不能改,或者去哪里改),目前物理模型较少,前后处理过程都比较封闭。

注:本案例为软件自带案例。


(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fidelity案例|01 蜗壳内部流场》
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