Workbench中快速进行旋转机械设计计算

ANSYS workbench中提供了一系列模块可以帮助用户快速进行旋转机械的设计与计算，这些模块包括：BladeGen、TurboGrid、CFX等。在较新的workbench版本中，还将各种类型的旋转机械设计进行了包装，如Vista AFD、Vista CCD、Vista RTD、Vista TF等。

Vista AFD：主要用于轴流风扇（Axial Fans）初始设计

Vista CCD：主要用于离心压缩机（Centrifugal Compressors）初始设计。

Vista RTD：主要用于径流透平（radial inflow turbines）初始设计

Vista TF：用于对旋转机械流线曲率分析。该程序允许用户在设计初期快速更新径向叶片组（泵、压缩机与透平等）

本次以一个具体实例演示旋转机械的设计过程。

1、添加Vista CCD模块

从Toolbox中添加Vista CCD模块，如图1所示。

图1 添加Vista CCD

2、设置CCD属性

双击A2单元格进入CCD的Blade Design，如图2所示。

图2 CCD设计面板

如图2所示，CCD设计主要包括三部分：Aerodynamic Data、Gas Properties及Geometry。

其中Aerodynamic data中主要进行离心压缩机进出口工况设计。包括流量、压缩机转速、进口条件等。

Gas Properties主要用于工质定义，用户可以选择已有的工质，也可自定义工质。

Geometry用于几何定义。

本次主要在于演示，不更改参数，所有参数使用默认。

参数定义完毕后可以点选【Calculate】按钮，然后点选【Close】按钮关闭窗口返回工程面板。从图3可以看出A2单元格已完成更新。

3、进入BladeGen

右键点击A2单元格，选择菜单【Create New】>【BladeGen】，可将定义的数据以BladeGen打开。如图3所示。

图3 创建BladeGen

其实这里也可以选择Geometry用DM打开。

4、插入TurboGrid模块

工程面板如图4所示，可以看到面板中新添加了模块BladeGen。用户可以通过双击BladeGen进入该模块中对几何进行修改。我们这里不修改。

在B2单元格上点击右键，选择菜单【Transfer Data to New】>【TurboGrid】向面板中添加TG模块。如图4所示。

用户也可以右键选择B2单元格，选择菜单Create New Blade CFD Mesh进行网格划分，不过采用此方法默认是使用四面体网格划分。

本例使用TG模块进行六面体网格划分。

图4 加入TurboGrid模块

此时工程面板中的模块列表如图5所示。

图5 面板中的模块列表

5、进入TurboGrid模块进行网格划分

双击C2单元格进入TG模块。

先以整体观察几何，如图6所示。该压缩机带有副叶片，实际计算几何只是其中的一个周期结构。如图7所示。

图6 整体几何模型

图7 计算几何

如图8所示。

双击树形菜单上的【Topology Set】节点，弹出设置框。

设置【Placement】选项为Traditional with Control Points，设置【Method】为H/J/C/L-Grid，勾选Include O-Grid，设置【Width Factor】为0.15，其他参数默认设置。点选【Apply】按钮。

右键点击【Topology Set】节点，选择【Suspend Object Update】菜单。此时会对Hub面与Shroud面进行网格划分。如图9所示。

此时在Layers节点下的Hub与Shroud网格可能不满足质量要求（会呈红色显示），如图10所示。我们需要对其进行节点调整。

图8 拓扑定义

图9 解除中断

图10 错误信息

网格节点调整完毕后，Layers节点下不存在红色，选择菜单【insert】>【Mesh】生成计算域网格。此时可以关闭TurboGrid，退回至工程面板中。