作者：張敖，廣州安世亞太

來源：本文為廣州安世亞太原創作品，上海安世亞太授權轉載

---

前言

葉輪機械在人類生活中扮演著非常重要的角色，各類水泵、風機、壓縮機、推進器等旋轉機械部件，為高效的生產和舒適的生活提供了源源動力。對于葉輪機械而言，流體性能的好壞至關重要，傳統的葉輪機械設計是以實驗為基礎的設計，設計周期長，同時費用高，而通過應用CFD技術，則可以大大降低設計周期和成本，并能夠準確給出設備的整體流動性能和局部流動細節，預知可能的問題并提前進行優化。

 

---

周期性幾何簡化

由于葉輪機械的局部特征對流場結果的準確性至關重要，在進行網格劃分的過程中，常常需要對葉片、輪轂等局部細小特征進行高分辨率的捕捉，因此導致最終劃分的葉輪機械流場網格量巨大無比，求解效率較低。

而實際上，葉輪機械幾何及流場都具有周期性的特點，為了優化求解速度，我們完全可以充分利用這一特點，提取出葉輪機械的周期性幾何進行分析，如下圖所示，在幾何工具中截取具有周期性的流體域，提取的時候要注意，我們需要得到的是轉動周期性區域，我們可以根據葉片的數量進行角度計算，并通過旋轉軸截取固定角度的扇形周期區域。

 

---

周期性網格控制

通過Ansys Workbench導入幾何，并應用Ansys Meshing進行網格劃分。為了便于后續Fluent進行周期面的設置，我們可以使用Meshing中的“Match Control”工具對周期面上的網格設置。

如下圖所示，應用Match Control工具，可以確保周期面上的網格對應，這樣當網格導入Fluent中時，可以直接建立一致性網格的周期面。

 

---

周期性界面設置

將已經劃分的網格導導入Fluent中，如果周期面對應的named selection前綴為periodic，導入Fluent后，網格將會自動設置周期邊界，否則需要按照以下方法進行周期面設置：

（1）對相關計算域指定旋轉軸，如下圖所示。

（2）在控制臺中輸入命令“/mesh/modify-zones/make-periodic”，并分別輸入周期面對應的ID號，按照提示創建旋轉周期面。

（3）完成周期面邊界設置后，在邊界條件中會出現periodic的邊界，即表示周期邊界創建成功。

 

---

周期性顯示后處理

當完成所有的求解工作后，通過Fluent的后處理功能可以進一步對完整流場進行顯示，如下圖所示，在View中對周期顯示區域進行設置，最終將可視化結果還原為整個葉輪，使結果顯示更加直觀清晰。