本发明专利技术公开了基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，包括S1)读取航空发动机叶片轮廓数据，建立模型；S2)采用六面体网格自动生成方法，即映射函数法的超限插值法对模型划分特征，其包括对一维轮廓线特征进行加密；对六面体网格的二维平面进行划分；对单个六面体进行划分；生成正六面体角点；对二维平面间的区域映射、三维空间的曲面映射和三维空间的区域映射，逐一生成六面体单元；S3)合并所有六面体单元，生成有限元单元，完成航空发动机叶片流场计算。本发明专利技术采用基于线的超限插值算法，实现了网格高精度、高质量的生成，具有对单个大型复杂模型的划分灵活性高、生成速度快，网格质量好的优点。网格质量好的优点。网格质量好的优点。
【技术实现步骤摘要】
基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台
[0001]本专利技术涉及涡轮机加工
，尤其涉及基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台。
技术介绍
[0002]从20世纪60年代起，随着计算机技术的不断发展，计算流体力学(CFD)技术也在航空航天、船舶水利、化工等方面不断的进步，取得了巨大的成就。在当前流体领域的迅猛发展下，CFD技术越来越彰显出其巨大的应用价值。CFD进行高质量计算的前提条件是进行高质量的网格划分，网格划分技术就是理论与试验之间的一道桥梁。当需要处理一组复杂模型时，传统的有限体积分析软件很难对其直接划分，我们往往需要在其他软件中，通过各种复杂计算，将模型划分好后，再导入常用的有限体积计算软件中进行处理。网格划分中最大的问题是人工工作量大，此问题也是CFD工作效率的瓶颈性问题。
[0003]涡轮机被用于航空、航海发动机时，其性能会直接影响了飞机、轮船的效率、噪音、CO2排放。同时它也被广泛运用于燃气轮机发电，并具有发电反应快、污染低的特点。同时燃气轮机发电还可被用于新能源发电的备用设备，来补偿发电解决新能源发电的波动问题。所以它对于国家航空、航海、能源发电以及实现碳中和都具有重大意义。涡轮机内存在着复杂的有粘与非定常的三维流场，并伴随有多相流、传热、燃烧等现象。涡轮机流场的数值计算经历了S2流面法、有限差分求解、非正交曲线坐标系的S1、S2流面法等简化方法。随着CFD算法及超算能力的提升，现在广泛采用的有限体积法求解NS方程全三维流场的方法已能充分考虑旋转流动、动静子干涉、跨音速及超音速等复杂现象。本申请利用OpenFOAM的特性来搭建求解涡轮机叶片流体的数值平台，以期获得对涡轮机复杂流场的优化。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，采用基于线的超限插值算法，实现了网格高精度、高质量的生成，具有对单个大型复杂模型的划分灵活性高、生成速度快，网格质量好的优点。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，包括如下步骤，
[0006]S1)读取航空发动机叶片轮廓数据，建立模型，航空发动机叶片包括静子叶片和转子叶片；
[0007]S2)采用六面体网格自动生成方法，即映射函数法的超限插值法对模型划分特征，其包括如下步骤，
[0008]S21)对一维轮廓线特征进行加密；
[0009]S22)对六面体网格的二维平面进行划分；
[0010]S23)对单个六面体进行划分；
[0011]S24)生成正六面体角点；
[0012]S25)拓扑映射包括二维平面间的区域映射、三维空间的曲面映射和三维空间的区域映射，逐一生成六面体单元；
[0013]S3)合并所有六面体单元，生成有限元单元，完成航空发动机叶片流场计算。
[0014]作为进一步的优化，S2中还包括S26，对网格生成的六面体单元进行质量评价，通过单元行列式比较各积分点处微元体积放大系数的差异，来判断六面体单元的畸形程度。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下的有益效果：采用的超限插值算法是完全基于线的网格划分，算法内部自行解决了曲面网格生成的质量问题，即生成曲面与外轮廓线是必定重合的，这避免了商业软件中为了保证曲面质量而带来的大量人工交互式调参过程。简而言之，本程序仅仅需要调节模型线条上的节点分布，便可使模型网格自动化生成，而模块表面的高质量曲面也使得整个模型网格具有更高的质量，进而提高有限体积法计算的精度。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的模块化网格划分方法。
[0017]图2为二维平面的区域映射示意图。
[0018]图3为三维空间的曲面映射示意图。
[0019]图4为三维空间的区域映射示意图。
[0020]图5为六面体区域变换示意图。
[0021]图6a为涡轮机静子叶片外流场线框图。
[0022]图6b为涡轮机转子叶片外流场线框图。
[0023]图7a为涡轮机静子叶片外流场的简单网格模型图。
[0024]图7b为涡轮机转子叶片外流场的简单网格模型图。
[0025]图8为静子叶片外流场网格模型图。
[0026]图9为转子叶片外流场网格模型图。
[0027]图10为凹槽流场网格的仰视图。
[0028]图11为转子叶片外流场网格行列式检测的柱状图。
[0029]图12为转子叶片外流场网格最大
‑
最小内角检测的柱状图
[0030]图13为转子叶片外流场网格纵横比检测的柱状图。
[0031]图14为流场LIC可视化的流线云图。
[0032]图15为流场截面的压力云图。
具体实施方式
[0033]以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0034]目前网格划分软件智能程度较低，绝大部分软件在划分网格后需要手动细致调整，而当划分的模型需要调整时，所有的工作需要重新实施一遍。
[0035]以Geomagic Studio网格划分软件为例，其大致划分思路如下：1.三维软件简化几何模型；2.生成三角面片；3.对各个二维单元进行手动划分；4.由二维单元生成三维网格单元；5.调整模型，生成IGES文件，导出计算。
[0036]由以上步骤划分的单元可以生成有限体积模型进行计算，此方法很适合小型的流体模型进行网格划分。目前网格划分技术主要有：自动化网格技术、重叠网格技术、笛卡尔网格技术、自适应网格加密技术。在这些技术方面，还有许许多多的难题没有得到彻底解决，对于一些动辄具有百万单元的大型复杂的模型工程，很难使用此类软件进行人工划分。在没有找到真正通用的网格划分方法之前，就需要根据此模型的特殊之处，通过建模计算，抓住模型特征的方式，使用其他手段进行网格的划分，可以根据模型的具体情况任意调整网格划分的精细程度，但是对于不同模型的通用性较低，需要经过一些计算重新更改计算算法的某些特征函数才可在不同的模型上使用。模块化网格划分方法，即将模型各类特征精细归类，提取模型的特征越多，归类越细致，当模型后期需要更改时，细节的更改也就越方便。
[0037]本专利技术使用C++平台进行编程，选取六面体网格对模型进行划分，编写算法的流程图如图1所示。根据模型各类特征，模型模块化，即划分为若干六面体模块。六面体表面一维轮廓线的节点分布根据整个模型特征进行精细控制。而对于每个六面体模块则是采用统一的自动网格生成算法进行网格划分。本专利技术采用映射函数法的超限插值法实现自动网格生成。
[0038]超限插值法的基本思想根据连续边界函数来构造区域间的映射关系。比如在二维情况下，把物理平面(x,y)上的一个区域D变换到计算平面(ξ,η)上的一个规则的区域进而在(ξ,η)平面上可以简单、规则地加以求解，再映射回区域D上，形成所需的网格。该方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，其特征在于，包括如下步骤，S1)读取航空发动机叶片轮廓数据，建立模型；S2)采用六面体网格自动生成方法对模型划分特征，其包括如下步骤，S21)对一维轮廓线特征进行加密；S22)对六面体网格的二维平面进行划分；S23)对单个六面体进行划分；S24)生成正六面体角点；S25)拓扑映射，逐一生成六面体单元；S3)合并所有六面体单元，生成有限元单元，完成航空发动机叶片流场计算。2.根据权利要求1所述的基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，其特征在于，所述网格自动生成方法为映射函数法的超限插值法。3.根据权利要求1或2所述的基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，其特征在于，S2中的拓扑映射包括二维平面间的区域映射、三维空间的曲面映射和三维空间的区域映射。4.根据权利要求3所述的基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，其特征在于，所述二维平面间的区域映射的线性超限插值函数的构造过程为，构造关于坐标ξ方向上在边界u(0,η)和u(1,η)之间的线性插值：L
ξ
＝(1
‑
ξ)u(0,η)+ξu(1,η)，构造关于坐标η方向上在边界u(ξ,0)和u(ξ,1)之间的线性插值：L
η
＝(1
‑
η)u(ξ,0)+ηu(ξ,1)，构造基于四个角点u(0,0)、u(1,0)、u(0,1)、u(1,1)的双线性插值：线性超限插值函数为：F(ξ,η)＝L
ξ
+L
η
‑
L
ξη
，式中，0≤ξ≤1,0≤η≤1，F(ξ,η)满足下式，5.根据权利要求4所述的基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，其特征在于，所述三维空间的曲面映射的线性超限插值函数的构造过程为，构造关于坐标ξ方向上在边界u(0,η,0)和u(1,η,0)之间的线性插值：L
ξ
＝(1
‑
ξ)u(0,η,0)+ξu(1,η,0)，构造关于坐标η方向上在边界u(ξ,0,0)和u(ξ,1,0)之间的线性插值：L
η
＝(1
‑
η)u(ξ,0,0)+ηu(ξ,1,0)，构造基于四个角点u(0,0,0)、u(1,0,0)、u(0,1,0)、u(1,1,0)的双线性插值：
线性超限插值函数为：F(ξ,η)＝L
ξ
+L
η
‑
L
ξη
，式中，0≤ξ≤1,0≤η≤1，F(ξ,η)满足下式，6.根据权利要求5所述的基于网格自动生成技术的航空发动机叶片流场计算平台，其特征在于，所述三维空间的区域映射的线性超限插值函数的构造过程为，构造关于坐标ξ方向上在面u(0,η,ζ)和u(1,η,ζ)之间的线性插值：L
ξ<...
【专利技术属性】
技术研发人员：段鹏浩，韩闯，
申请(专利权)人：段鹏浩，
类型：发明
国别省市：
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