[发明专利]旋转叶片微织构减阻性能数值模拟简化方法

权利要求书

1.旋转叶片微织构减阻性能数值模拟简化方法，其特征包括以下步骤：

步骤1)：光滑叶轮计算域建模

根据目标叶轮模型，任意选取叶轮某一侧面为参考平面，以叶轮圆心为原点，以轮毂和轮缘的尺寸为直径绘制小圆和大圆，并向垂直于侧面的两个方向进行拉伸，参考平面向叶轮一侧方向，拉伸长度为1倍叶轮厚度，另一方向为2倍叶轮厚度,生成叶轮计算域的上下底面,并将两个侧端面封闭，建立一个包裹叶轮叶片的环形计算域；

步骤2)：光滑叶轮全环数值模拟

将步骤1)中建立好的光滑叶轮计算域，导入到Fluent中，进行网格划分，采用基于工作流的网格划分方法，划分成非结构网格，第一层网格高度，对应无量纲数k⁺＝1；根据实际需要设置转速和入口速度，对整体光滑叶轮进行全环旋转数值模拟；根据仿真结果，选取整体光滑叶轮中的某一个单独叶片进行分析，提取单一叶片周围流场特性，攻角、流速参数；

步骤3)：单个光滑叶片计算域建模

将步骤1)中建立好的整体光滑叶轮计算域根据叶片数量进行均匀切割，每个扇形对应角度，为360°除以叶片数量计算所得；形成新的扇形计算域，每个计算域包裹一个叶片；

步骤4)：单个光滑叶片单环周期性数值模拟

将步骤3)中建立好的单个光滑叶轮计算域，导入到Fluent中，进行网格划分，采用基于工作流的网格划分方法，采用非结构网格，第一层网格高度，对应无量纲数k⁺＝1；将计算域的两个分割面设置为周期边界，并设置内部气流流动转速和入口速度，对单独光滑叶片进行单环旋转周期性数值模拟，根据仿真结果，提取叶片周围流畅特性，攻角、流速参数；并与步骤2)中的结果进行对比，设置一定阈值，确保从全环到单环的仿真误差在可接受范围内；

步骤5)：单一光滑叶型计算域建模

选取某一叶高位置的叶型，对步骤3)中的计算域，在高度方向上进行切片，获得一个二维的叶片计算域截面，将该截面进行拉伸5-15mm，具体根据计算机性能设置，避免仿真成本过高，形成一个三维叶片计算域；

步骤6)：单一光滑叶型稳态数值模拟

将步骤5)中建立的计算域导入到Fluent中，进行网格划分，采用基于工作流的网格划分方法，采用非结构网格，第一层网格高度，对应无量纲数k⁺＝1,并根据步骤4)中获得的攻角和气流流速，设置该计算域的初始条件，进行局部稳态仿真。从而获得单一叶型的气流流动状态，攻角和气流流速；

步骤7)：单一叶型气流流速、攻角理论计算

根据步骤5)中的切片位置，计算在整体光滑叶轮中该叶高位置距离圆心的半径R，叶轮旋转速度S，以及气流入口速度V,计算理论攻角θ和相对流速v，计算公式如下：

v_x＝V

式中：v_x为叶轮轴向方向速度分量，v_y为叶轮周向方向速度分量

步骤8)：单一叶型数值计算与理论计算对比

对比步骤6)和步骤7)中的相对流速和攻角，设置一定阈值，确保从全环到单环的仿真误差在可接受范围内，确定仿真方法的可靠性，若误差过大，调整步骤5)中切片位置；

步骤9)：叶片表面微织构的数值模拟

根据步骤8)确定了步骤6)的结果的可靠性后，在步骤5)的计算域基础之上，在叶片表面增加微织构，并按照步骤6)的仿真方法进行叶片表面微织构的数值模拟。

2.根据权利要求1所述的叶片微织构减阻性能数值模拟简化方法，其特征在于：所述步骤4)中，提取叶片周围流场特性，需要对叶片进行切片，在高度方向上，从叶底到叶高位置，按照比例进行切分，并通过Fluent软件提取该高度平面的流场特性。