叶轮机械S1流面分析设计软件Mises培训材料PPT文档格式.pptx

1、其同门软件还有：1.外流翼型设计及分析软件 XFOIL（开源）,2.飞机快速气动分析软件AVL（开源）,3.涵道风扇设计/分析软件DFDC（开源）,MISES软件总体介绍,MISES的同门软件,MISES为麻省理工学院航空航天系Mark Drela开发的一系列软件中的一个，其均具有相似的算法和 界面。其兄弟软件还有：4.螺旋桨设计/分析软件QPROP（开源）,柔性机翼气动、结构及控制响应分析软件 ASWING多通道通流设计/分析软件 MTFLOW Multi-Passage ThroughFLOW Design/Analysis Program多段翼型设计/分析软件 MSES Multi-El

2、ement Airfoils Design Analysis Programs线性优化软件 LINDOP Linear Design/Optimization Driver,MISES软件总体介绍,MISES相关资料和代表性论文,资料：A Users Guide to MISES 2.63,M Drela,H Youngren,MIT Computational Aerospace Science Laboratory,February 2008Drela,M.,1995,MISES Implementation of Modified Abu-Ghannam Shaw Transition

3、Criterion,MISES Users Guide,MIT.论文：Mark Drela.Two-Dimensional Transonic Aerodynamic Design and Analysis Using the Euler EquationsD.Boston：Massachusetts Institute of Technology,1985Youngren,H.,1991,Analysis and Design of Transonic Cascades With Splitter Vanes.Masters thesis,Massachusetts Institute of

4、 TechnologyMerchant A A.Design and Analysis of Axial Aspirated Compressor StageD.Boston：Massachusetts Institute of Technology,1999Drela,M.and Giles,M.B.（1986）Viscous-Inviscid Analysis of Transonic and Low Reynolds Number Airfoils.AIAA Paper 86-1786,MISES软件总体介绍,MISES相关资料和代表性论文,论文：Drela,M.and Giles,M.

5、B.（1987）ISES:A Two-Dimensional Viscous Aerodynamic Design and Analysis Code.AIAA Paper 87-0424Merchant A A，Drela M，Kerrebrock J L，et al.Aerodynamic Design and Analysis of a High Pressure Ratio Aspirated Compressor StageR.ASME Paper No：GT-2000-619,2000U.Orth,H.Ebbing,H.Krain,A.Weber,B.Hoffmann Improv

6、ed Compressor Exit Diffuser for an Industrial Gas Turbine,Journal of Turbomachinery.Jan 2002,124（1）Alexander Krumme,Performance Prediction and Early Design Code for Axial Turbines and its Application in Research and Predesign,ASME Paper No:GT-2016-56082，2016Philip L.Andrew,Harika S.Kahveci,Validatio

7、n of MISES Two-Dimensional Boundary Layer Code for High-Pressure Turbine Aerodynamic Design,Journal of Turbomachinery.Jul 2009,131（3）:031013Bent Phillipsen,A Simple Inverse Cascade Design Method,ASME Paper No:GT2005-68575John D.Coull,Endwall Loss in Turbine Cascades,Journal of Turbomachinery.Aug 201

8、7,139（8）:081004,MISES软件总体介绍谁在使用MISESMISES的用户涵盖了众多业务范围包括轴流式叶轮机械的国内外企业、研究机构和高校,MISES软件总体介绍谁在使用MISESMISES的用户涵盖了众多业务范围包括轴流式叶轮机械的国内外企业、研究所和高校,MISES软件总体介绍,MISES软件可以干些啥,MISES是三维粘性NS计算软件 MISES主要用于叶型S1流面（准三维/二维）的分析 MISES可用于轴流压气机、轴流涡轮、离心压气机、向心涡轮的叶型分析 MISES可用于亚音和超音叶型的分析 MISES可用于吸附式叶型的设计和分析 MISES可用于轴流/离心大小叶片和串列

9、叶片的分析 MISES可用于准三维/二维叶型的反设计 MISES可外接叶型参数化生成器和优化器，进行准三维/二维叶型自动优化,MISES软件总体介绍,MISES软件的模块功能图,ISET 网格生成模块，划分网格及流场初始化ISES 流场分析求解器，正问题和反问题的迭代计算EDP 反设计模块，修改叶型表面压力分布ILPOT 后处理模块，输出各类计算结果和流场图POLAR 批处理计算模块，快速获得叶型攻角-损失特性,BLDSET 叶型调整模块，直接处理叶型几何数据,可用于 光滑叶型、修正中弧线和厚度分布,各模块与输入输出文件指间的关系,MISES软件总体介绍,MISES软件在现代压气机设计体系中的

10、位置,S1流面分析是叶片基元造型后的下一环节,S2通流设计的输出为S1流面分析的边界条件，也是基于S1流面叶型优化的约束条件通过S1流面分析判断叶型设计是否合理，该截面的性能目标是否达到,PCA Engineers公司压气机设计体系,德国宇航院涡轮气动优化设计体系,目录 contents,MISES软件总体介绍MISES软件用户手册精华,MISES软件应用场景及案例分析,0304,基于MISES软件的优化系统,MISES软件用户手册精华第一节概述 两类流面,吴仲华院士于 1952 年提出了S1和S2两类相对 流面理论和S1-S2迭代气动设计体系,相对流面理论把三元流动分解为两个流面上的 二维流

11、动问题求解，利用流片厚度b与流面间 的作用力F将复杂三维流场与简化的二维流场 基本方程相关联S1 流面是一个旋成面，其在子午面上的投影 是一条光滑的流线。不同半径处旋成面与叶片 相交，可以获得不同叶高方向上S1 流面叶型,通过求解S1 流面控制方程获得不同叶高截面S1 流场信息,S1-S2迭代气动设计体系已退出历史舞台，但S1和S2流面仍是现代压气机设计体系中的重 要概念,S1/S2流面及相互关系,S1流面,第一节概述 坐标变换,MISES软件用户手册精华,MISES所有输入几何、网格划分和 计算均定义在标准m-流面坐标系 下z-轴向坐标r-流面半径b-垂直于流线的流片厚度m-子午流线方向m-

12、无量纲子午流线方向,-无量纲周向坐标,直角坐标系与m-流面坐标系相互转换关系,坐标系及流面定义,若为纯二维平面叶栅，MISES默认流面 半径为1，即流面坐标为真实z坐标,第一节概述 坐标变换,MISES软件用户手册精华,Fortan坐标变换代码,直角坐标系到m-坐标系下的转换可以通过梯形积分法则实现i=1时的初值坐标m和可以为任意值，其余点的m和坐标偏移同样的量即可，一般初 值均设为0，即坐标原点放置在前缘点处,第一节概述 基本方程,MISES软件用户手册精华,连续方程,动量方程,能量方程,附面层外的欧拉方程组,附面层内的积分方程,卡门动量积分方程,能量积分方程,MISES在计算过程中把整个流

13、场区域划分为 附面层外的主流无粘区域和附面层内的粘性 区域联立求解,主流无粘区域采用欧拉方程组求解，粘性附 面层区域采用卡门动量积分方程和能量积分 方程求解,迭代计算过程中，1.把整个流场当作无粘流 场使用欧拉方程组求解;2.根据欧拉方程组所 解边界上的速度以及边界层内积分方程，求 得边界层位移厚度;3.根据所求得的边界层位 移厚度划分新的无粘流场区域求解欧拉方程 组;4.求新边界层位移厚度，直至前后两次所 求边界层位移厚度误差达到计算精度，迭代 收敛,第一节概述 收敛速度,MISES软件用户手册精华,粘性边界层区域只须要计算出各边界层厚度而无须计算边界层内的流场分布，从而缩减了 网格数量和计

14、算时间，通常只需迭代1030次，每步计算0.3秒，15秒内即可收敛，相比NS计算极大提高了收敛速度,某典型高亚音叶型计算收敛史,MISES软件用户手册精华第二节输入文件介绍 MISES中各输入输出文件名中的xxx为后缀名，可自由选取用于区别不同的算例。同一个算 例的后缀名应保持一致。,第二节输入文件介绍-blade.xxx,MISES软件用户手册精华,CHINL和CHOUT并非性能参数计算定义的进出口，需要足够大到让性能定义平面落在网格中CHINL和CHOUT越小，甚至小于0也能划分出合适网格（程序自动延伸前后缘段合适网格），但性能 定义平面的参数获取会存在问题CHINL和CHOUT越大，划分网格会出现问题，前后一倍弦长是比较合适的值,第二节输入文件介绍-blade.xxx,MISES软件用户手册精华,除了大小叶片、串列叶片需要定义两个叶型外，一般计算只需要给一个叶型对于纯二维平面叶栅，X（I）和Y（I）为笛卡尔坐标，如Lref 为1则为叶型真实制造坐标叶型坐标顺序从吸力面尾缘点给到前缘点再到压力面尾缘点叶片数据在尾缘处需开口，如果真实叶片在尾缘处使用常见的半圆弧，需要在吸压力面的切点处截断,第二节输入文件介绍-stream.xxx,MISES软件用户手册精华,通过流面厚度考虑AVDR的影响，流面厚度进出口比通过S2叶排