多级轴流透平通流计算培训教程
NUMECA软件FINE/Turbo软件包使用手册——基于Hannover大学的四级试验透平
（内部资料，严禁翻版复制）
尤迈克（北京）流体工程技术有限公司培训部编
2004年03月
目录
1 Hannover 大学的四级透平试验简介 (3)
2 数值模拟方案概述 (4)
3 使用IGG?/AutoGrid生成第一级静叶和动叶单通道网格 (4)
3.1确立求解域并准备几何数据（以第一列静叶为例） (4)
3.2使用AutoGrid生成四级透平第一列静叶片单通道网格 (8)
3.3使用AutoGrid生成四级透平第一列动叶单通道网格 (20)
4 使用IGG TM合成四级透平的八列叶片单通道网格 (32)
5 FINE TM/Turbo界面的有关操作 (45)
5.1GUI参数设定 (45)
5.2同一套网格下新工况计算的设定（进出口参数改为给定分布） (61)
5.3退出FINE TM或从FINE TM界面直接进入CFView TM或IGG TM界面 (69)
5.4计算结果文件介绍 (71)
6 使用CFView TM获取计算结果的详细信息 (73)
6.1在CFView TM叶轮机械显示模式下查看计算结果（标量、矢量等） (73)
6.2计算数据与试验数据（或其它数据）比较 (79)
7 寄语 (86)
8 修改说明 (87)
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1Hannover 大学的四级透平试验简介
本文计算的四级透平为汉诺威大学（University of Hannover）的一个四级试验透平。试验数据由P. K?tzing 和B. Evers发表于L. Fottneres 编著的《Test Cases for Computation of Internal Flows in Aero Engine Components》一书中。试验测得了7500rpm和5625rpm两个转速不同流量下，在轴向五个位置的压力、温度、流速和气流角等参数沿叶高方向的分布。试验的详细描述及数据见该书第365至375页。试验透平的总体结构如下图所示。
图 1汉诺威大学四级试验透平的通流部分
图 2汉诺威大学四级试验透平沿流向五个测量位置图示
这里摘录汉诺威大学（University of Hannover）四级试验透平设计和其它工况的有关数据：转速：n0＝7500rpm
空气流量：m0＝7.8kg/s
（设计转速下其它三个试验工况的流量分别为6.5kg/s、4.6kg/s 、4.1kg/s）进气压力：P in＝2.600bar
进气温度：T in＝413K
出口压力：P out＝1.022bar
出口温度：T out＝319K
效率：η＝0.913
反动度：?＝0.5
试验工况的另一个转速n＝75%×n0＝5625（rpm），此转速下三个试验工况的流量分别为5.5kg/s、3.9 kg/s、3.2 kg/s。
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2数值模拟方案概述
本文以上述汉诺威大学（University of Hannover）四级试验透平的流场计算为例，介绍使用NUMECA软件FINE TM/Turbo软件包进行数值模拟的方法。为节省篇幅，只涉及设计工况的计算。有关其它工况的计算和分析从略。
汉诺威大学的试验透平一共有四个轴流级。根据其结构特点，我们安排如下的计算步骤：首先，使用IGG TM/AUTOGrid分别生成四级共八列叶片的单通道网格；
其次，在IGG TM中将上述八列叶片单通道网格连接起来，并修改对应的动静边界类型；
再次，在FINE TM/Turbo中创建四级轴流透平计算，参照试验数据设定GUI中的有关参数并选定数值模拟的有关设置，开展数值模拟计算；
最后，分析计算所得四级透平的总体性能，并使用CFView TM获得典型参数云图，必要时还可以方便地获得数值模拟结果和试验结果的比较。
数值模拟和结果分析各环节所使用NUMECA软件包的版本为：
前处理：IGG/AUTOGrid 4.7_3
计算：FINE/Turbo 6.1_3
后处理：CFView 4.0_3
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3使用IGG?/AutoGrid生成第一级静叶和动叶单通道网格
3.1确立求解域并准备几何数据（以第一列静叶为例）
NUMECA软件IGG/AutoGrid软件提供了一种很方便的生成旋转机械叶轮网格的手段。为此需要使用者准备叶片吸力面、压力面的几何数据，以及子午流道的内外端壁型线的几何数据。也可以直接准备一个几何形状和端壁型线的数据文件，文件扩展名为“geomturbo”，供使用AUTOGrid生成叶片单通道网格使用。
根据四级透平的数据资料，可以获得八列叶片的几何形状和两条总的端壁型线。将总的端壁型线在两列叶片之间合适的位置分开，即可获得生成八列叶片单通道网格所需要的八组hub 和shroud线。
这里以*.geomturbo文件的形式给出生成一列叶片单通道网格所需的几何数据，并给出使用AUTOGrid所生成该列叶片单通道网格的详细步骤。
第一级静叶片几何数据文件：stator1_du.geomturbo
GEOMETRY TURBO VERSION 3.7
geometric_tolerance 0.0001 （几何公差）
blade_expansion_factor_hub 0.01（叶片在根部沿伸比，保证叶片型面与根部端壁相交）blade_expansion_factor_shroud 0 （叶片在顶部沿伸比，保证叶片型面与顶部端壁相交）blade_merging 0
units 1
number_of_blades 29 （叶片数）
data_reduction 0
data_reduction_spacing_tolerance 0.0001
data_reduction_angle_tolerance 90
hub （叶片根部端壁型线）
ZR polyline
2
-100 135
502 135
shroud （叶片顶部端壁型线）
ZR polyline
4
-100 194.5
-31 194.5
433 238
502 238
suction （叶片吸力面型线，共有7条）
SECTIONAL
7
#section 1 （叶片吸力面第一条型线，注意型线顺序是由叶根到叶顶）
XYZ
66 （表示共有66个点，即共有66行，顺序是沿着流动方向）
133.005151038638 2.63363126348463 -20.0164483511686
…… （省略号表示略去若干行，此处为64行。后面省略号的含义类似，不再一一说明）130.457529025562 -26.0569743199841 19.5461335810764
#section 2
XYZ
66
133.994930047313 2.61805136050084 -20.0589432393099
……
131.45009843072 -26.1298261974447 19.6319508833573
#section 3
XYZ
134.974811781169 2.61111348016749 -20.1013044348682 ……
132.432886791139 -26.2017340637575 19.7167788887032 #section 4
XYZ
67
159.673062275129 2.95000615046476 -21.3242192082518 ……
157.236352529508 -27.9431491536085 21.8825902821443 #section 5
XYZ
69
183.967961223553 3.45349034781714 -22.5789011171118 ……
181.604080972455 -29.5965859141647 24.0889141406991 #section 6
XYZ
67
208.966304012583 3.78007688494104 -23.575457886245 ……
206.664079844728 -31.160204679357 26.2668941517529 #section 7
XYZ
67
232.96983864381 3.77552115474379 -24.3667375091871 ……
230.635689229935 -33.1085972950391 29.0792829221988 pressure （叶片压力面型线，共有7条）SECTIONAL
7
#section 1
XYZ
51
133.005151038638 2.63363126348463 -20.0164483511686 ……
130.457529025562 -26.0569743199841 19.5461335810764 #section 2
XYZ
51
133.994930047313 2.61805136050084 -20.0589432393099 ……
131.45009843072 -26.1298261974447 19.6319508833573 #section 3
51
134.974811781169 2.61111348016749 -20.1013044348682
……
132.432886791139 -26.2017340637575 19.7167788887032
#section 4
XYZ
50
159.673062275129 2.95000615046476 -21.3242192082518
……
157.236352529508 -27.9431491536085 21.8825902821443
#section 5
XYZ
47
183.967961223553 3.45349034781714 -22.5789011171118
……
181.604080972455 -29.5965859141647 24.0889141406991
#section 6
XYZ
49
208.966304012583 3.78007688494104 -23.575457886245
……
206.664079844728 -31.160204679357 26.2668941517529
#section 7
XYZ
49
232.96983864381 3.77552115474379 -24.3667375091871
……
230.635689229935 -33.1085972950391 29.0792829221988
BLADE division_location 0 chord_npt 40 fp_npt 4 division_type 1 division_location2 -0.13370994282714 division_type2 0 （叶片型线，共有7条）
SECTIONAL
7
# section 1
XYZ
114
130.448760218088 -26.1011532328073 19.4996182066986
……
130.448760218088 -26.1011532328073 19.4996182066986
# section 2
XYZ
114
131.441323419189 -26.1740866466777 19.5852199589626
……
# section 3
XYZ
114
132.424084511108 -26.2461806890221 19.6700181593098
……
132.424084511108 -26.2461806890221 19.6700181593098
# section 4
XYZ
114
157.2256654102 -28.0032187135842 21.8477608982922
……
157.2256654102 -28.0032187135842 21.8477608982922
# section 5
XYZ
114
181.593272157118 -29.6628314808977 24.0547171709993
……
181.593272157118 -29.6628314808977 24.0547171709993
# section 6
XYZ
114
206.653608394834 -31.2295744842699 26.2291410807188
……
206.653608394834 -31.2295744842699 26.2291410807188
# section 7
XYZ
114
230.627155652929 -33.1679849407917 29.0496273842597
……
230.627155652929 -33.1679849407917 29.0496273842597
BLADE_TYPE_BLUNT 0
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3.2使用AutoGrid生成四级透平第一列静叶片单通道网格
图 3从IGG窗口选择进入AutoGrid窗口的菜单命令
图 4在AutoGrid窗口选择建立新模板的菜单命令
图 5在建立新模板时选择不带分流叶片网格的单选项
图 6首次使用AutoGrid在建立新模板时选择不要基本模板文件
图 7在几何和拓扑控制窗口中选定几何定义选项从数据文件中读入叶片几何型线
图 8确定已准备好的数据文件的位置和要读入的叶片几何数据文件名
图 9在几何和拓扑控制窗口设置前后延伸段端点位置
图 10在几何和拓扑控制窗口设置前后延伸段端点位置
（特别注意，第一列静叶后面的延伸段必须在第一级静叶和动叶之间）
图 11在几何和拓扑控制窗口取消几何定义选项选择面编辑并设定叶片在根部、顶部的延伸比
图 12在几何和拓扑控制窗口取消面编辑选项选择几何特性定义设定叶片数（前后缘型自定）
图 13在几何和拓扑控制窗口取消几何面板选项选择拓扑面板
图 14在几何和拓扑控制窗口拓扑面板设定各部位网格节点数分布
（采用“HOH”拓扑结构）
图 15在上面的窗口点击“next”进入流线控制窗口再点击“next”
（静叶没有间隙，无需设置）
图 16在二维网格控制窗口改变网格的拓扑结构
（因为静叶后延伸段很小，去掉该部分的网格拓扑块，使网格拓扑结构成为“HO”）
图 17在二维网格控制窗口选择节点分布选项设定网格节点数
图 18在二维网格控制窗口选择节点分布选项设定网格节点的分布
（特别是叶片前后缘附近）
图 19在二维网格控制窗口选择网格选项设定沿流动方向的光顺次数（一般取3~5也可）
图 20点击三维网格生成控制按钮弹出对话窗口
图 21在三维网格生成控制对话窗口选择“yes”确定生成三维网格
图 22使用AutoGrid完成带分流叶片离心叶轮三维网格生成并弹出网格质量检测结果
图 23评价网格质量关闭评估窗口（若存在负网格或网格质量不高重复前述步骤调整网格！！！）
图 24在AutoGrid截面选择菜单命令保存自动生成网格模板以备以后作模板使用
图 25在AutoGrid截面选择菜单命令保存自动生成的网格以备网格合成或计算使用
模板文件：stator1_du.geomTurbo，stator1_du.trb
网格文件：stator1.bcs，stator1.cgns，stator1.geom，stator1.igg，stator1.meridional 返回目录
3.3使用AutoGrid生成四级透平第一列动叶单通道网格
获得第一列静叶网格后，下面使用AUTOGrid生成第一列动叶的网格。
图 26在当前的AutoGrid窗口选择建立新模板的菜单命令
图 27在建立新模板时选择不带分流叶片网格的单选项