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可壓縮流動概念</strong></p><p><br></p><p>對于部分易于壓縮的流體，如果計算域內(nèi)各處壓力變化很大則密度變化也很大。如Ma大于0.3，則密度變化不可忽略，屬可壓縮流動。

對于密度恒定的不可壓縮流，質(zhì)量守恒規(guī)定流體的速度與噴嘴的橫截面積成反比。這意味著，隨著噴嘴橫截面積的減小，流體的速度增加。如果我們進一步假設(shè)流體的粘度可以忽略不計，即流動是無粘的，那么線動量守恒就簡化為著名的伯努利方程。本例的目的是了解守恒定律在確定通過收斂噴嘴的不可壓縮空氣流物理過程中的作用。

而一般的單元都是以節(jié)點位移和形函數(shù)描述的，這種位移描述的單元是計算不出球應(yīng)力的，所以需要單獨對壓應(yīng)力設(shè)置一個自由度，這種就叫雜交單元。如果強行用一般的位移描述單元，那么就會經(jīng)歷體積自鎖（莊茁P223、P252）。-----可壓縮物質(zhì)和可壓縮流動任何物質(zhì)都是可壓的，只是對于低速運動的物質(zhì)，其質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）可以得到一定的簡化。由前可知，可壓縮性由體積模量的倒數(shù)表示。

局部阻力損失和進氣流道的通暢和大小有關(guān)；進氣氣流脈動則與壓縮機的大小、長徑比和轉(zhuǎn)速有關(guān)。為了便于分析，兩種損失統(tǒng)一為流動損失進行處理。流動損失通常可表示為４　驗證與分析４.１　實驗驗證對公司轉(zhuǎn)子直徑６４２.６ｍｍ的主機進行測試數(shù)據(jù)分析，對比了兩種容積效率計算結(jié)果與實測值的偏差，具體見表１。

翼型流體流動分析方法 求解大多數(shù)流體力學(xué)分析以及翼型研究的基礎(chǔ)是可壓縮納維-斯托克斯方程，如下所示。 可壓縮納維-斯托克斯方程 該方程通常用連續(xù)性方程求解，計算量大且耗時。因此，如果可能的話，通常會追求簡化。如果可以滿足翼型上不可壓縮流動的條件，則方程可以簡化為以下。 不可壓縮流體流動的納維-斯托克斯方程 上述納維-斯托克斯方程用于不可壓縮流動分析。

本案例應(yīng)用Fluent Turbo工作流設(shè)置流體流動模擬來評估1.5級壓縮機的性能。Turbo工作流可以在Fluent中很容易地進行渦輪機械分析設(shè)置，允許在其中描述渦輪機器的類型及其參數(shù)配置，導(dǎo)入計算網(wǎng)格，并定義渦輪相關(guān)的工況條件，創(chuàng)建渦輪機械特定拓撲和報告工具。 注意：Turbo工作流是Fluent最新版本提供的功能。

本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內(nèi)部流程并實現(xiàn)參數(shù)化的一般流程。 1 問題描述 要計算的壓縮機如下圖所示。 其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。 流體介質(zhì)為空氣，葉輪轉(zhuǎn)速155733 rpm，沿z軸旋轉(zhuǎn)。

對于Supersonia/Initial Gauge Pressure，當(dāng)邊界進口流動為超音速時，需要指定其靜壓力，對于可壓縮氣體可按等熵流動計算靜壓Po/Ps=(1+(k-1)/2*Ma^2)^(k/(k-1))，其中k為絕熱指數(shù)。Supersonia/Initial&nbsp;Gauge Pressure還要另一個作用，可用于初始化參數(shù)的計算，這里不再展開講解。

由于在這種方法中聲音傳播是直接求解的，所以通常需要求解可壓縮形式的控制方程（例如，可壓縮的RANS方程，可壓縮形式的LES濾波方程）。只有在低亞音速流動和近場接收器主要感知局部動水壓力波動（即偽聲）的情況下，才能使用不可壓縮流動公式。但是這種不可壓縮的處理也無法模擬共振和反饋現(xiàn)象。

然而，非穩(wěn)態(tài)流模型的求解更具挑戰(zhàn)性，因為引入時間維度需要更多的計算能力。均勻流與非均勻流均勻流，是指流體在流動中速度的方向和大小保持不變的流體流動。可壓縮流與不可壓縮流可壓縮性是指將流體中的分子拉近距離的能力。氣體很容易被壓縮，因為它們的分子相隔很遠。通過施加或減輕壓力，可以輕松改變其體積和密度。

ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優(yōu)勢傳統(tǒng)的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網(wǎng)格來處理，即在每一個時間步長下網(wǎng)格的節(jié)點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態(tài)可壓縮的流動，網(wǎng)格自動生成且不需要提前生成網(wǎng)格，可用于計算往復(fù)式活塞壓縮機、螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機等多種壓縮機形式。

二、使用限制 入口為壓力入口時，不可以使用outflow，此時應(yīng)該使用壓力出口； outflow邊界不能用于可壓縮流動，不可壓縮流動最好用壓力出口； 在不可壓縮的情況下，歐拉模型或混合多相模型可以使用outflow邊界。但如果出口可能產(chǎn)生回流，或流場在出口位置非充分發(fā)展時，通常使用壓力出口邊界。

非耦合求解（Segregated）方法主要用于不可壓縮或壓縮性不強的流體流動，耦合求解用于高速可壓縮流動。有強的體積力（浮力或離心力）的流動，求解問題時網(wǎng)格要比較密，建議采用耦合隱式求解方法；3.

ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優(yōu)勢傳統(tǒng)的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網(wǎng)格來處理，即在每一個時間步長下網(wǎng)格的節(jié)點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態(tài)可壓縮的流動，網(wǎng)格自動生成且不需要提前生成網(wǎng)格，可用于計算往復(fù)式活塞壓縮機、螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機等多種壓縮機形式。

在 Fluent 軟件對參數(shù)進行設(shè)定時，根據(jù)實際工況將流體材料定義為空氣且認為風(fēng)扇內(nèi)部流體不可壓縮；由于流動過程中沒有熱能的交換所以不對能量守恒方程進行求解，只考慮流體連續(xù)方程以及動量方程。對于控制方程中的湍動能耗散項以及動量項等使用二階迎風(fēng)的離散格式，在迭代過程中使用欠松馳因子以加速收斂。

1.LS-Dyna ICFD求解器介紹 不可壓縮流動求解器基于應(yīng)用于流體力學(xué)的現(xiàn)有有限元技術(shù)。它與固體力學(xué)求解器完全耦合。FSI 耦合分析，允許通過顯式技術(shù)進行穩(wěn)健的弱 FSI 耦合分析，或使用隱式進行強 FSI 耦合分析。除了能夠處理自由 表面流動之外，使用保守的水平集界面跟蹤技術(shù),還可進行雙相流分析功能。還支持基本湍流模型。

壓縮機中的旋轉(zhuǎn)失速 壓縮機中的旋轉(zhuǎn)失速失速現(xiàn)象可能對壓縮機造成嚴重損害，因此預(yù)測在何種工況下會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象就顯得十分有必要。在本次介紹的算例中，就使用法國電力（EDF）開發(fā)的通用計算流體力學(xué)（CFD）求解器 code_saturne進行數(shù)值模擬，并將仿真結(jié)果同實驗測量數(shù)據(jù)以及FLUENT商業(yè)軟件的仿真結(jié)果進行比較，證明了code_saturne進行可壓縮流場仿真計算的可信性。

總結(jié)仿真分析的結(jié)果：根據(jù)仿真結(jié)果可見流體跡線遍布分布槽內(nèi)幾乎所有區(qū)域，無明顯滯止區(qū)，流場區(qū)域也十分活躍，槽內(nèi)周期性地產(chǎn)生高速流動，且該高速流動可從分布槽底部掃過，這種流動可使殘渣被從底部卷起，或能達到預(yù)期目的。