叶轮三维绘制：写给叶轮机械仿真从业者的一封信
叶轮三维绘制：写给叶轮机械仿真从业者的一封信然而，CFD软件给了从业人员一双特殊的“眼睛”，通过数值仿真这一“虚拟试验”，对流场结果进行处理后，可以让我们亲眼看到三维流场任意位置的流动特点，给了我们设计反馈了极大的改进建议。先进产品的研发必基于对流动特性的深刻认识，这是如今工业界的一大共识。源于空气动力性能试验限制，我们难以观察到叶轮机械内部三维流场特征，而依赖于一维、二维甚至准三维的叶轮机械设计方法，将不能有效利用试验结果对设计结果进行校核和优化。叶轮机械仿真，是一个富有挑战、具有相当难度的工作，鉴于对叶轮机械领域对设计、仿真和优化的要求日益提升，如何在一体化的仿真平台中快捷、可靠、准确地获得叶轮机械气动性能，是从业人员的一个巨大挑战。图片来自网络CAE/CFD技术在叶轮机械产品研发过程中已由最初难以应用的辅助手段到如今成为不可或缺的核心环节，得益于近些年计算机以及商用软件的快速发展。
各位同学、工程师及叶轮机械从业者：
你们好！
不少同学已经陆续返校，开始了新一学年的学习了，假期余额不足，但人生还未欠费，在就业形式依然严峻的今天，充电学习不失为一种补充自我的好方法。同时，作为刚刚入职或入手技术研发仿真工作的工程师，在职场中的竞争激烈形式要求下，也需要时刻充电学习，充实自我，提升技术研发设计工作的质量。
一、自学叶轮机械仿真绝不是一件简单的事
叶轮机械仿真，是一个富有挑战、具有相当难度的工作，鉴于对叶轮机械领域对设计、仿真和优化的要求日益提升，如何在一体化的仿真平台中快捷、可靠、准确地获得叶轮机械气动性能，是从业人员的一个巨大挑战。
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CAE/CFD技术在叶轮机械产品研发过程中已由最初难以应用的辅助手段到如今成为不可或缺的核心环节，得益于近些年计算机以及商用软件的快速发展。
先进产品的研发必基于对流动特性的深刻认识，这是如今工业界的一大共识。源于空气动力性能试验限制，我们难以观察到叶轮机械内部三维流场特征，而依赖于一维、二维甚至准三维的叶轮机械设计方法，将不能有效利用试验结果对设计结果进行校核和优化。
然而，CFD软件给了从业人员一双特殊的“眼睛”，通过数值仿真这一“虚拟试验”，对流场结果进行处理后，可以让我们亲眼看到三维流场任意位置的流动特点，给了我们设计反馈了极大的改进建议。
对一个小白或新手来说，面对琳琅满目的CFD商用软件、海量的质量良莠不齐的学习资料，要想通过完全的自学叶轮机械仿真分析，绝不是一件简单的事情，难度自然可以通过时间去平衡，然而从本质上讲却是最宝贵的成本。
培养一个合格的叶轮机械仿真从业者，需要有一个理论知识较为丰富和扎实的科研工作者，以及一个有多年叶轮机械仿真分析经验的工程师来指导，再加上实际动手操作，不断对算例进行总结，才有可能成为一名合格的叶轮机械仿真从业者。
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二、初学Numeca案例复算演示
笔者在初学旋转机械仿真时，曾苦于手头没有一个标准案例来检验仿真方法的正确性，随着学习的不断深入，获知rotor37的性能，在此，利用numeca fine/turbo来进行复算。
Rotor37是一个跨声速轴流压缩机，有36个叶片，尖部间隙0.000356m，转速17188r/min，流量为20.7kg/s，压比为1.8。
现利用numeca fine/turbo9.0.3软件和rotor37.geomturbo几何文件进行仿真计算。
1、导入几何文件
利用fine/turbo新建工程文件rotor37，在autogrid5中导入rotor37.geomturbo几何文件
2、检查几何
利用autogrid5基本模式，检查几何，出现ROW GEOMETRY OK字样后说明几何没问题，进行下一步
3、叶片排属性确定
在叶片排属性定义中，选择叶片排类型为轴流压缩机，叶片数为36，叶片属性为转子，转子转速为-17188r/min（右手定则），定义完成后进行下一步
4、间隙和倒圆定义
本次计算简化为无叶顶间隙和叶根圆角的形式，进行下一步
5、层的控制
将流道划分为77层，第一层网格尺度为3e-6m，进行下一步
6、B2B控制
控制多重数为3，预览B2B，检查偏斜度和延展比，确认没问题后进行下一步
7、三维网格生成
生成三维网格，检查网格质量，没问题保存网格文件后进行下一步
8、导入网格文件
在fine/turbo里导入网格文件
9、选定流体工质
选定流体工质为理想气体
10、选定湍流模型
选定湍流模型为SA一方程模型，输入特征长度和特征速度
11、进口边界条件设置
进口边界设定
12、出口边界设置
进口边界设定
13、固体边界设置
固体边界设定
14、数值模型设置
数值模型设置，该案例简化为用粗网格进行计算
15、初场设置
初场初值的设置
16、迭代计算设置
迭代计算设置，设置完成后开始计算
17、迭代计算结束
迭代计算结束
18、总体计算结果评价
打开“rotor37_computation_1.mf”文件，查看总体计算结果。
可见进口总压为101325，出口总压为191199.83，压比为1.8870，出口质量流量为20.982。
这个结果与设计值存在一定偏差（偏差不大），进一步提高精度的措施为：增加尖部间隙网格，提高网格质量，利用细网格进行计算。
以上是笔者关于《numeca仿真rotor37案例》的全部介绍。
三、学习叶轮机械仿真，提高效率的最佳方法
作为叶轮机械仿真最佳的解决方案之一，Numeca fine/turbo是目前最为可靠、快速的一体化的叶轮机械仿真软件平台。然而，该软件目前学习资料不多，软件操作界面和逻辑又和一般的CFD商用软件大不相同，导致很多人难以入门这一款这么优秀的软件。
开设《NUMECA叶轮机械仿真进阶16讲》，就是结合笔者这几年的仿真分析经验，希望能够深入浅出地把在叶轮机械仿真分析中有可能所遇到的问题和难点一一给大家讲解。当然，大家如果要想真正地理解、掌握叶轮仿真分析，还需要大家能够多学、多练、多思考。可以私信仿真秀或者在文末留言，获取详细课程安排。
讲师介绍
卢老师，某军工企业叶轮机械研发设计工程师，毕业于北京理工大学，硕士学位，四年叶轮机械产品开发经验，掌握轴流式叶轮机械的设计仿真优化方法，熟知numeca、cfx叶轮机械仿真流程和方法。
曾开发多款军用飞机、无人机和船舶使用的通风机，熟知产品设计开发制造试验、质量管理体系、通用质量特性和专用质量特性等，可以独立造成通风机产品研发，包括气动计算，结构设计，强度校核等。
案例：根据设计规范和研制经验，通过叶轮机械原理和Excell、CFturbo造成通风机一维迭代优化设计，再通过UG NX软件建立叶片模型，必要时进行结构优化设计，进而通过逆向建立叶轮数据，在numeca软件中对气动性能参数进行仿真计算，验证设计方案的正确性和合理性。
作者：卢老师，仿真秀科普作者
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