Left

CFD 仿真案例

您的位置: 首页- 资源中心- CFD 仿真案例

VKI-59叶片2023-06-22

算例说明

     VKI59是涡轮转子叶栅,由冯·卡门流体动力学研究所(VKI)设计,常用于CFD代码的模拟准确度测试。其叶型和主要的几何特征参数如下:

Vki59_Geo.png

图1: 几何与物性参数

弦长

60mm

栅距

42.6mm

安装角

33.56°

工况条件

       本文基于VKI59的跨音工况展开计算并共试验结果进行对比,其工况如下:

出口雷诺数

8×10e5

进口气流角

30°

进口总温

290k

进口湍流度

1%

出口马赫数

0.96


计算网格

     本文共准备了2套网格,分别对应壁面Y+为5和20,展向高度都取5%弦长,网格都为二阶网格。粗网格如下图所示,其网格量约4.5万:

        VKI计算网格总览.png

   粗网格的尾缘局部放大后见下图,从图中可以看出采用二阶网格后,尾缘处无需加密也可以保证几何描述的准确性。

图2: 计算网格总览

VKI局部放大.png

   细网格沿用粗网格的计算域和拓扑结构,在流向、法向、展向上分别按3.3倍、3.2倍、2倍加密,总网格量约95万。

图3: 计算网格局部放大


求解配置

  • 采用Dimaxer四代求解器进行5阶精度求解,5阶精度每个六面体单元对应125个求解点,4.5万网格对应562万求解点,95万网格对应1亿1800万求解点,解析度达到DNS级别。

  • 采用二阶有限体积RANS结果作为初场,计算5个流动周期(气流从叶片前缘流过尾缘)的物理时间,此时流动已到稳态,取最后一个流动周期流场做时间平均后结果可与参考文献进行对比。

  • 4.5万网格采用单卡GPU计算,计算一个流动周期约0.24小时;95万网格采用8卡GPU计算,计算一个流动周期约3小时(25GPU时)。



结果分析

         4.5万网格和95万网格对应的梯度场见下图,其中叶片表面显示温度云图、第0时刻为RANS初场结果:

image.png

图4: RANS初场结果

image.png

图5: Dimaxer计算结果


image.png

图4:RANS与Dimaxer计算结果对比

     

         该算例进行了三种网格规格的计算,用以对比计算速度,结果如下表所示。

Run_ID

网格量

阶次

求解点

GPU个数

计算用时

Coarse

44800

五阶

5600000

1

15min/流动周期

Fine

946560

五阶

118320000

8

1830min/流动周期



参考文献

   R. KIOCK, F. LEHTHAUS, N.C. BAINES, C. H. SIEVERDING. The Transonic Flow Through a Plane Turbine Cascade as Measured in Four European Wind Tunnels. ASME 85-IGT-44.





Right

秩益科技有限责任公司 页面版权所有   粤ICP备2023060583号