NUMECA帮助文档六文档格式.docx
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Design2D模块的图标栏仅包括2D计算内容。
界面左侧的参数列表也是与2D计算一致的。
这一项的大多数内容与FINE™/Turbo工程是相似的。
之间的差别仅在于：
●在FlowModel页：
Design2D模块不能进行非定常计算。
●BoundaryConditions页的说明见12-2.3
●Blade-to-bladedata页的说明见12-2.2
●InitialSolution页的说明见12-2.5
12.2.2跨叶片截面数据
Blade-to-bladedata页（上图左侧倒数第三行展开）出现三个分项：
●叶片几何模型，参阅12.2.2.1
●网格生成参数，
●反问题：
仅需2D设计参数，不需要分析。
详见第13章。
叶片轮廓和子午流面（或端壁边界）是由一些连续的点的坐标构成的ASCII文件输入，详细说明见12-5节
所有的几何数据都有一个相同的长度单位（可以任意选择）。
这个长度单位设置是在Bladegeometry页Bladegeometry项进行选择。
12-2.2.1叶片几何定义
输入数据类型有三种形式可用：
-2D：
仅对轴流适用，且流面为圆柱面（半径为常数）。
这个叶片几何模型是在这个流面上。
-Q3D：
Theaxisymmetricstreamsurfaceisgiven,andthebladegeometryisspecifiedonthegivensurface.
-3D:
这个完全的3D几何模型是由连续的叶片截面组成（最少数2个截面，次序是从根部到顶部）。
a）流面数据
图12.2.2-2显示了输入参数区域。
对不同的输入文件类型需要输入文件：
●2D或Q3D：
流面定义文件
●3D：
端壁文件，两个文件，根部曲线和顶部曲线
输入文件类型为3D则需要附加参数：
●几何分区或用户定义流面Geometricaldivision或streamtubeprovided
●如果是Geometricaldivision：
展向位置为0-1之间
●如果是streamtubeprovided：
输入两个文件（两条直线）
Inbothcasesthemoduleautomaticallycalculatestheintersectionofthe3Dbladewiththeconsideredstreamsurface。
对3D类型，推荐展向边界网格厚度为1%
Ina2D，Q3Dor3Dcasewithstreamtubeprovided,theblockageratiopermitstoscalethestreamtubethicknessdistribution.
无论哪种输入数据类型，都必须设置NBofpointsalongmeridionaltrace.这个值默认为300.
b）叶片几何数据
在BladeGeometry页，依据输入数据类型，叶片几何定义需要如下参数：
●叶片几何数据文件：
-2D或Q3D：
吸力面与压力面文件
-3D：
展向截面数及每个截面的位置，每个截面的压力侧与吸力侧文件
●前缘钝角边：
如果选取，则前缘钝角处理
●尾缘钝角边：
如果选取，则尾缘钝角处理
●分流叶片：
（我对这个没兴趣）
●长度单位：
用户输入数据所采用的单位，为米与所采用单位之比（如果输入的数据单位为毫米，则这个比值为0.001）。
全部几何数据必须采用相同单位，即用户所选取的这个单位。
●叶片数或周向长度：
对2D输入类型，这个值为周向长度，Q3D或3D类型，这一项为输入叶片数。
图12.2.2-3
c）叶片数据编辑
选取Bladedataedition将修改前缘或与尾缘数据。
12-2.2.2网格生成参数
如图12.2.2-5这一项必须由用户修改。
系统默认值对大多数网格是适用的。
可用的网格生成参数有：
●H-orI网格：
用户可选是否包含上游和/或下游网格。
●生成方式：
全自动或半自动
-对全自动模式，用户仅需指定吸力侧网格点数。
其它区域的网格数按光顺需要计算出。
-对半自动模式，用户指定上游或下游的网格倾斜角度，以及每个区域的网格数。
●圆周方向网格数:
这个数最好是8的倍数，这样有四重网格可用。
●周期性边界的类型：
选取直线或曲线。
默认为周期性边界线为曲线。
●在下面的三页中的参数影响了网格的质量和分布
a）clustering
第一个参数clusteringcoefficientinstreamwisedirection输入值范围为从0.0到1.0。
如果值为1.0则网格均匀分布，如果为0.0则所有网格点集中在边缘。
第二项为定义Euler网格生成还是N-S网格生成。
如果选取了N-S网格生成还必须设置以下参数：
●第一层网格单元的尺寸（单位：
米）
●pitchwise方向的网格数
●从叶片边缘到进口或出口的clustering类型，constant或decreasing
b）smoothing
椭圆形光顺可改善网格质量。
用户可选clusteringcontrol与orthoganalltycontrol，并设置光顺次数Numberofsweep.
c）localpre-smoothing
局部光顺用于前/尾缘半径的网格。
12-2.2.3反问题设计菜单
这个菜单为反向设计模块。
当进行流动分析时，这项菜单的内容不需要指定。
对于反问题模块的详细说明见第13章。
12-2.3边界条件
在Boundaryconditions这一页允许定义进出口边界及旋转速度。
这个Rotationalspeed单位必须是RPM（revolutionsperminute每分钟转数，旋转方向的正向与θ定义的正向相同，参看图12.5.1-12）
12-2.3.1进口边界条件
以下为可用的进口边界条件：
●绝对速度方向（弧度）+绝对总量（Pa,K）
●相对速度方向（弧度）+相对总量（Pa,K）
●绝对速度分量Vθ（m/s）+绝对总量（Pa,K）
●相对速度分量Vθ（m/s）+相对总量（Pa,K）
●质量流量（kg/s）+绝对速度方向（弧度）+静温（K）
●质量流量（kg/s）+相对速度方向（弧度）+静温（K）
●质量流量（kg/s）+绝对速度分量Vθ（m/s）+静温（K）
●质量流量（kg/s）+相对速度分量Vθ（m/s）+静温（K）
用户选取其中一种方式设置进口条件。
12-2.3.2出口边界条件
有三种出口边界条件可用：
●出口静压（Pa）
●质量流量（kg/s）（+出口静压用于初始计算）
●超音速出口（出口静压由初始计算）
零阶和一阶外推法可用，同时可用专家模式（默认为零阶）。
设置质量流量为边界条件对于反问题方法则是比较稳定的。
因此在分析过程中也推荐用质量流量作为边界条件。
比较理想的设置是质量流量进口和压力出口，或是进口的总量与出口质量流量。
12-2.4数学模型
通常NumericalModel参数的默认值是适当的。
Intheblade-to-blademoduleitisnotpossibletoperformthecalculationsonacoarsermeshlevelasitisthecasewith3Dprojects.
12-2.5初始求解菜单
需要提供一个初始静压或是InitialSolutionFile用于求解。
如图12.2.2-9
12-2.6输出参数
这个菜单允许选取一些输出量。
这个模块自动创建用于CFView™工程的3D与2D的输出文件。
关于这个菜单命令详见12-5.2.
12-2.7控制变量
在这个ControlVariables页用户需要选择流动分析或反问题设计模式。
如图12.2.2-10.
所有的相关参数见第15章FINE™/Turbo计算。
12-2.8跨叶片截面流动分析
一旦.b2b和.b2b.inp输入文件被正确创建，就可以开始流动分析，在Solver菜单单击Start按扭。
重新开始以前的计算也同样是在Solver菜单按Start按扭，并选取一个初始求解文件。
不能在粗网格中进行计算，重新计算也不可以多重网格设置。
12-3专家参数
在专家模式下ControlVariables页，连续的专家参数可用：
ITERZ：
迭代步数，在这个范围内不进行湍流计算。
通常设为200.
IATERZ:
这个转换与前一次计算有关。
通常设为1（默认值）。
12-4理论
这一节主要讲述网格生成工具和跨叶片截面流动求解。
12-4.1网格生成
这个网格自动生成工具可创建H（周期性）或I（非周期性）形网格，按用户提供的参数。
相反多数quasi-3D方法在轴流面上生成2D网格，这个网格相当于3D网格在展向只有一个单元。
这个求解也主要是采用3D流动求解。
此外
12-4.2求解器
12-5跨叶片截面模块的文件格式
12-5.1输入文件
B2B运行需要三种输入文件：
●几何输入文件，叶片几何定义
●求解输入文件（.run）,求解参数，流体，流动条件定义
●反问题设计输入文件允许定义反问题
这个由用户创建的几何输入文件与AutoGrid输入文件的格式相同。
求解和反问题设计输入文件是由用户在FINE™/Design2D环境中设置参数和流动条件后由程序自动生成的。
在下一节讲述几何输入文件。
12-5.1.1几何输入文件
叶片几何数据和流面（或端壁）是由ASCII文件中连续的点的坐标构成。
三种格式的几何输入文件可用：
●2D类型：
这个设置仅对完全的轴向网格，流面为圆柱（半径为常数）。
Thebladegeometryisthengivenonthecascadeplane（cylinderdevelopedtogeneratethecascade）.
●Q3D类型：
Theaxisymmetricstreamsurfaceisgiven（includingitsthickness）,andthebladegeometryisspecifiedonthegivensurface.
●3D类型：
3D叶片模型由一些叶片截面构成（最少2个，按由根部到顶部的顺序）。
这个根部和顶部端壁也同样是单独列出。
这个流面可由用户指出（轮缘和轮毂），或自动计算得出（几何分区）.在下一步，用户仅需指出展向位置及厚度。
所有的几何数据都应用相同的长度单位（用户所选取的）.
a）StreamsurfaceData:
对2D与Q3D类型，在ASCII文件中必须指定流面和厚度。
对3D类型，由两个文件分别定义根部和顶部端壁。
Streamsurface数据文件构成如下：
第一行：
输入文件标题
第二行：
坐标系统：
ZRB（用于2D与Q3D类型）
ZR，RZ或XYZ（用于3D类型）
第三行：
N数据点的数量
第四行到第3+N行：
点的坐标2或3列（按进口到出口排列）
第4+N行：
行标记（可选）
第5+N行：
Zin,Zout,Rin,Rout,指定网格进出口位置（可选）
（X,Y,Z）为直角坐标（Z为旋转轴方向），R为径向，B为流面厚度
网格的进出口位置按以下方式确定：
●按流面数据（4+N行和5+N行）
●利用FINE™输出参数B2BLIM
b）叶片模型数据
12-5.2输出文件
12-5.2.1几何文件
12-5.2.2变量文件
12-5.2.3数字控制文件
12-6网格验证
12-6.1VKI-LS82叶片
12-6.2ARLSL19亚音速压缩机叶片
第十三章Design2D
13-1绪言
本章描述了FINE™/Design2D模块进行透平反问题设计。
这个模块是与第十二章跨叶处截面相关的，增加了网格生成和流动求解，2D模块包含了叶片重新设计的反问题方法。
这种方法允许按叶片表面压力分布重新设计叶片型线。
使用本方法需要跨叶片截面流动的许可。
FINE™/Design2D单独使用一些NUMECA工具。
NUMECA计划扩充FINE™/Design2D的功能，应用领域和设计方法。
这个第一个版本对于透平叶处的反问题设计有局限，因此综合了跨叶片截面方法在这个界面。
分析和设计这两个模块基于一个假设，即流动是轴对称的。
这个几何输入是必须的，对于反问题设计则不需要分析。
（参看第12章）
关于跨叶片截面方法的更多信息，见第12章。
在下面的章节中介绍了使用反问题设计方法的注意事项。
关于反问题的理论分析见第13-3节。
Design2D模块的几何数据输入和结果输出见第13-4节。
最后在第13-5节以实例验证了这个模块的功能和作用。
13-2反问题设计
这个反问题设计的相关描术见第十二章。
全部的参数都可在界面中选择设置，自动创建文件及分析。
图形控制，MonitorTurbo,可以实时监测收敛过程，如压力沿叶片表面分布，叶片生成，同样也可与压力分布相适应。
这个结果可以被NUMECACFVivew™后处理。
等等
这一节讲述下面三个问题：
●开始一个新的或打开型线工程
●计算及相关设置
●分析跨叶片截面流动
13-2.1开始
这个模块运行首先要启动FINE™界面，然后菜单Modules/Design2D。
启动FINE™后，在ProjectSelection窗口，允许CreateaNewProject或OpenanExistingProject。
创建一个新跨叶片截面工程按如下操作：
1、单击CreateaNewProject按扭
2、选择路径，并输入文件名，确定
3、关闭GridFileSelection窗口，没有网格文件与当前工程关联。
4、转换到Design2D模式，菜单Modules/Design2D
如果要打开一个已存在的Design2D工程，单击按扭OpenanExistingProject在ProjectSelection窗口中，并在FileChooser窗口中选取文件。
如果是最近计算过的工程也可以在最近工程列表中选取。
如果所选工程是在Design2D中保存的，则FINE™界面自动转到这个相应的模式。
Design2D模块界面的介绍见第12章。
这里仅讲述跨叶片截面分析计算，相应的操作选项页面为Inversedesign.下面各部分讲述相关的设置。
13-2.2创建反问题设计的输入文件
反问题设计应该是从初始几何模型的流动分析开始。
当跨叶片截面计算收敛后进行分析，用户可用反问题方法修改叶片。
为这一目的必须准备两个文件”projectname.b2b.req”,”projectname.b2b.par”，这两个文件是在分析过程中添加的。
13-2.2.1输入文件”projectname.b2b.par”
这个文件”projectname.b2b.par”是在FINE™/Design2D界面中Inversedesign页创建的。
如图13.2.2-1
应该选择三个可能的反问题公式中的一个：
●Classicalformulation:
利用压力在叶片周围的分布修改叶片的吸力侧和压力侧曲线。
如果要使用这一公式，则这两条曲线必须是封闭的。
●Mixedformulation:
仅对吸力侧修改，按吸力侧压力分布。
这个方法也同样要求曲线是封闭的，至于压力侧则按吸力侧修改。
●Loadingformulation:
按从前缘到尾缘的加载分布修改叶片的曲率直线。
因为叶片厚度分布是常数？
，所以不要求轮廓线封闭。
这个反问题设计的目标计算可按等熵马赫数或压力系数（pressurecoefficientCp）进行.这个等熵马赫数的计算对于可压缩流动是限制的。
允许控制前缘和尾缘。
这个反问题方法允许保持一些局部不变，如前缘和尾缘区域。
这些固定区域的压力侧和吸力侧的点的数量由用户指定，默认为1。
无论如何，冻结前缘和尾缘区域是被推荐的。
如果初始叶片流场分析中发现了尾缘的流动分离，极力推荐冻结尾缘区域。
有两个松驰因子可用：
●第一个松驰因子（默认值为1.0）两个文件”.req”和”.vel”。
这个松驰因子不经常使用。
●第二个松驰因子（默认值为0.05），对几何模型修改。
这个值从0.01到0.1这间改变。
高的值0.1因稳定性不推荐使用，相反，低的值0.01通常不能进行反问题处理。
这两个松驰因子默认值分别为1.0和0.05.
最终，下列几何模型约束是可用的：
●几何模型轮廓封闭永远可用，除非：
-叶片厚度是自动约束的（“loading”formulation）
-叶片尾缘是钝角，并且trailingedgethicknessdoesnotneedtobemaintained.
●Constantstaggerangle不经常使用
●Constantbladechord:
这个约束允许保持叶片的弦长,这个选项不应该与constantradius共同使用，因为这两个设置是相矛盾的。
●Constantradius:
这个设置推荐用于径流透平，允许保持子午面前/尾缘位置不变。
这些点被转移到圆周方向。
这个设置不推用于在半径尾缘。
●Referencepoint:
选取前缘为固定参考点（默认值），或尾缘（需选相应按扭）。
13-2.2.2输入文件”projectname.b2b.req”
这个”projectname.b2b.req”文件如同”*.vel”和”*.load”输出文件一样，也是由BtoB分析模块自动生成。
如同由初始模型流动分析的结果文件projectname.b2b.vel或projectname.b2b.load一样，利用MonitorTurbo生成。
利用MonitorTurbo创建这个文件，应按以下次序：
1、启动MonitorTurbo
2、选取菜单Loadingdiagram
3、打开projectname.b2b.vel或projectname.b2b.load文件
4、选取Mis或Cp分布（incasetheinlettotalconditionsarenotimposedbytheboundaryconditions,theinverseproblemhastobeformulatedintermsofCp）。
这个Mis和Cp的定义见公式Eq.13-1和Eq.13-2，第13-4节。
5、激活Markers以区分离散点
6、激活Editacurve按扭
7、选取吸力侧或压力侧曲线，把游标放在相应的区域，按<
s>
键选取。
被激活的曲线颜色改变
8、利用鼠标中键修改这条曲线：
a.Choosetheleftpointwherethemodificationwillstart（clickonthemiddlebutton）
b.Choosetherightpointwherethemodificationwillend（clickonthemiddlebutton）
c.Choosecontrolpointsbetweentheleftandtherightpoints（clickonthemiddlebutton）
d.Displacethecontrolpoints.
-Selectthecontrolpointbyplacingthecursoronthepoint
-Press<
Ctrl>
onthekeyboard,anddisplacethepointvertically
Pressingtherightbuttonofthemousecanspecifytheexactpositionofthepoint
e.保存这个新的曲线单击按扭Save,并给这条曲线命名，或单击Cancel按扭取消对这条曲线的编辑。
13-2.2.3一些建议
应经常保存分析计算之后有益的结果。
因此推荐反问题计算之前进行。
如果要进行分析计算，在FINE™界面左上侧Computationarea单击New按扭。
一个新的与初始计算相同参数的计算被创建。
这个Rename按扭也可以用于重命名新计算。
为了在反问题计算过程中冻结湍流，通常将专家参数IATERZ设置为2。
这样可以大大缩短反问题
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