Design 2D交流讨论

mchyh

[ADMINOPE=周华|mchyh|威望由 2 增加至 3|加分！|1149179721][这个贴子最后由mchyh在 2006/06/02 08:56pm 第 1 次编辑]

输入文件的格式分为三 种,2D,Q3D,3D.
最新的版本,可以输入.geomTurbo格式.
反向设计总是从 一个流动分析开始,即必须有一个初始叶片模型.
第一个问题: streamSurface.dat文件的格式是:
    第一行: 标题
    第二行:坐标系统
    第三行:点的数量
    第4-第N+3行:相应的坐标,  X,Y,Z,或者 Z,R等..
这个文件给出的是一条线吗? 流面文件描述的是(M,THETA)平面吗?

monday

我也刚开始学2d，保持讨论热度：）

mchyh

我陆续把DESIGN 2D的文档贴上来!
第十二章跨叶片截面模块
12-1总述
本章讲述针对透平机械分析的快速三维跨叶片截面模块。本模块是完全自动并可利用(已获取)单独的其它NUMECA工具。
此外，一些附加模块联合在一起称为FINE?/Design2D，主要用于叶片表面压力分布的重新设计，这部分内容在第十三章。
本模块假定透平机械的流动是轴对称的，外形与积叠点按用户指定，或由模块自动创建（利用给定的根部与顶部的端壁）。
几何输入数据必须是以下方式：
1、流面以及叶片型线在此流面的位置或，
2、三维叶片轮廓以及根部和顶部端壁。
本模块包括完全自动网格生成器(which is able to treat any type of meridional configuration) 及用户定制的NUMECA的湍流N-S方程求解器。
在下一节将讲述使用跨叶片截面模块的建议。有关网格生成器与流动求解的理论背景在第12-4节讲述。最后，在第12-5节讲述跨叶片截面模块几何输入数据文件与输出。
Design2D不能用来完成以下任务：
l除BL湍流模型之外的其它湍流模型
l逆风格式
l非定常计算
l输出周向平均量

mchyh

12-2跨叶片截面在FINE?中的界面
建议在菜单Modules/Design2D中启动FINE?/Design2D界面进入跨叶片截面模块,这可以快速,容易交互得利用求解器.所有的参数可以在交互式用户界面中选择,自动创建输入文件并启动求解器.
监控工具,名为MonitorTurbo,可以查看收敛及在计算过程中与完成后的结果.并可以查看沿叶片表面的以及叶片的压力分布收敛过程.
这个结果可以用后处理工具NUMECA CFView?进行分析,它与跨叶片截面模块的连接是自动的.
几何文件以ASCII格式输入,定义流动求解参数与边界条件在此界面中.
本章讲述利用FINE?/Design2D界面中菜单创建求解输入文件。更深入的输入与输出文件说明在第12-5节
12-2.1 开始新的或打开现存的跨叶片计算
开始界面中出现Project Selection窗口允许Create a New Project或Open an Existing Project。对于创建一新的跨叶片工程:
1、单击按扭Create a New Project.
2、选取保存路径，并输入此工程的名称。
3、关闭Grid Fiel Selection窗口，对于Design2D工程是不需要网格文件。
4、选取菜单Modules/Design 2D转换到跨叶片模块。
如需打开一现存跨叶片工程，在Project Selection窗口单击Open Existing Project按扭，并在File Chooser窗口选择文件。最近利用过的工程也可在最近工程列表中选取。如果所选工程是在Design 2D中保存过的，则FINE?界面自动转到这个模块，如图12.2.1-1所示。
不能在同一工程中保存B-to-B与三维计算。一个工程只能是B-to-B工程或FINE?/Turbo工程。工程的类型是在保存时所处的模块决定了的。
这个FINE?/Design 2D界面与FINE?/Trubo界面相同并包含一个菜单条，计算定义及参数区。各模块的菜单条是相同的，在Modules菜单下允许转到其它可用模块。Design 2D模块图标栏仅对2D计算可用。界面左侧Parameters页列表依据2D计算。此页大部分与FINE?/Turbo工程相同。其中差别在于：
lFlow Model页：Design 2D模块不能使用非定常，
lBoundary Conditions页在第12-2.3节讲述，
lBlade-to-Blade Data页在第12-2.2节讲述，
lInitial Solution页在第12-2.5节讲述。
12-2.2 B-to-B 数据
在Blade-to-Blade Data页有三项：
lBlade Geometry，参见12-2.2.1,
lMesh Generation Parameters,
lInverse Design:此参数仅用于2D设计，不能进行跨叶片分析。反问题设计见第13章。
叶片模型与轴流面（或根部与顶部端壁）是在ASCII文件中以连续点的坐标形式给出，具体格式见第12-5节。
所有几何数据采用相同长度单位(可任意选择)。长度单位定义在Blade Geometry页中Blade geometry下设置。
12-2.2.1 叶片几何定义
有三种几何输入数据可用：
-2D类型：这个选项仅对轴流面可用，流面为圆柱面(等半径)。叶片模型给出流面(圆柱)
-Q3D类型（准三维）：给出流面及叶片截面在此流面的位置。
-3D（根顶端壁）：3D叶片几何由叶片截面给出(最少2个截面，按由根部到顶部的顺序)。根部与顶部端壁也同样给出。流面可以是用户输入或按求解器自动构成。在后面的例子中，用户仅需指定流面位置及侧型面与相应的积叠点。
-3D类型（由 .geomTurbo文件）：此3D叶片由透平模型文件按根，顶及叶片定义（相关内容见AutoGrid用户手册）。此流面可由用户指定或自动构成。在后面的例子中，用户仅需指定流面位置及侧型面与相应的积叠点。
a) Streamsurface Data
图12.2.2-2显示了Parameter area输入Stream surface数据。依据所选择类型不同，以下流面数据文件需指定：
l2D或Q3D类型：流面定义文件名，
l3D：根部与顶部文件名或 .geomTurbo文件名。
当指定3D类型输入数据时，需定义一附加参数：
lGeometrical division或streamtube
l如果是geometrical division:展向位置在0(根部)与1(顶部)之间。
l如果是streamtube:下侧与上侧流面文件名(两条线)。
上两例中模块自动计算3D叶片在流面上的交点。
在3D中几何分界，在流面上的高度(推荐值为1%)
在2D，Q3D或3D中，blockage ratio允许依据流面厚度分布设置。
对输入数据的所有类型，沿平均流面的点数需指定。输入数据中点的顺序必需按由进口到出口的次序。（默认300）。
b) 叶片几何数据
Blade geometry类型不同，在数据文件中允许如下定义及选项：
l叶片几何文件名
—2D或Q3D：吸力侧与压力侧文件名，
—3D(由根部到顶部)：展向截面数量及每个截面的吸力侧与压力侧文件名。
—3D(由 .geomTurbo文件)：文件格式按几何透平文件格式(参AutoGrid用户手册)。
l前缘钝角：如果选择，则表明前缘是钝角
l尾缘钝角：如果选择，则表明尾缘是钝角
l分流叶栅：
—如果选择”splitter”按扭，则需指定分流叶栅的叶片几何输入文件名。在3D(从根到顶)，主叶片与分流叶片展向截面数量必须相同，并且不能重复。
l长度单位：用户指定几何数据中的长度单位，及所选长度单位与米之间的换算比值(例如，输入文件中长度单位为毫米，则这个比值为0.001)。所有几何数据必须采用相同的长度单位。
l叶片数量或节距。在2D输入类型中，、需输入节距(长度单位按用户所选)，当在Q3D或则3D(由根到顶)中，必须是输入叶片数量(图12.2.2-3)。
c) 叶片数据编辑
选择这个Blade data edition可以编辑前缘与/或尾缘的位置，在用户输入文件中的点的数据(见图12.2.2-4)。
对于前缘与尾缘用户可以指定相应的驻点是在吸力侧还是在压力侧，以及它的位置(由初始位置开始)。此外，不能修改值为1的边的位置。
在2D或Q3D中，点的数据完全由用户修改，在3D中它是在叶片的坐标中。在。。。。。。。。。
“.geoini”文件。
12-2.2.2 网格生成参数页
不同的Mesh generation parameters(如图12.2.2-5所示)不一定必须由用户修改.在此项中有一些默认值,在许多情况下是有效的.
可用的网格生成参数有:
lH(周期)或I(非周期)型网格:由用户选取,如果上游与/或下游是倾斜的则用I型,否则为H型.(为改进网格单元的正交性时采用非周期性)
lGeneration mode:全自动或半自动:
━ 在完全自动模式中,用户仅需指定沿吸力侧的点的数量.其它相关的点数是在确保网格光顺按次序计算得出的(每块的网格数量总是8的倍数,这样计算时可用4层网格).
━ 在半自动模式中,用户指定上游/下游的倾斜角度,端壁,每块中网格的数量.块的数量依赖于输入数据,如上下游边界不是倾斜的为3,有一块是倾斜的则为4,如果都为倾斜则为5.每块中的网格数量必须是8的倍数(为保证在计算时有4层网格可用).有分流叶片时,块的数量是4或5(如果下游边界是非周期的),并且要指定两个叶片通道的网格数量.
lNumber of point in the pitchwise direction:这个网格数量最好是8的倍数,同样是为有4层网格可用.
lPeriodic boundaries type:用户定义周期界线是直的或曲线.默认的配置周期线是曲线.
l五个选项页给出对网格质量的影响与点的分布的控制参数,在下面段落讲述.
a) Inlet
网格的进口位置是在根部与顶部区域.它的位置是指定在子午面或展向坐标.
b) Outlet
网格的出口位置是在根部与顶部区域.它的位置是指定在子午面或展向坐标.
c) Clustering
在流面方向中的聚合系数取值从0.0到1.0。值为1.0表明具有相同的分布，值为0.0则所有的点集中的边上。
第二个输入项是定义网格生成是按Euler (no clustering in pitchwise direction)还是按Navier-Stokes(with clustering to capture the boundary layer)方式。如果选择Navier-Stokes网格必须指定下列参数：
l第一层网格的尺寸 in the pitchwise direction(单位:米)
lNumber of constantly spaced cells in the pitchwise direction.
l由叶片边缘到进出口边界的串固定或逐渐减少。
d) Smoothing
椭圆光顺可以按次序改进网格质量。在网格生成中选择了光顺，操作者就可控制网格的分布，指定光顺步数(如图12.2.2-6)。
e) Local Pre-smoothing
A local pre-smoothing can be performed in the leading and trailing edge regions, which can be appropriate in cases of thick rounded leading and/or trailing edges(图12.2.2-7)。
12-2.2.3 反向设计菜单
此菜单涉及反向设计模块。此菜单中的参数不能用于流动分析。关于反向设计模块的描述见第13章。
12-2.3 边界条件
此Boundary Conditions页允许定义进出口边界条件及墙及旋转速度。
此Rotational speed的单位必须是RPM(revolutions per minute,每分钟转数，如果旋转方向为θ-则为正，参见图12.5.1-12，manual第15页)。
12-2.3.1 进口边界条件
可用进口边界条件如下：
l绝对速度方向(弧度) + 绝对总量(Pa,K),
l绝对速度方向(弧度) + 相对总量(Pa,K),
l绝对速度分量Ｖθ(m/s) + 绝对总量(Pa,K),
l相对速度分量Ｗθ(m/s) + 相对总量(Pa,K),
l质量流量(kg/s) + 绝对速度方向(弧度) + 静温(K),
l质量流量(kg/s) + 相对速度方向(弧度) + 静温(K),
l质量流量(kg/s) + 绝对速度分量Ｖθ(m/s) + 静温(K),
l质量流量(kg/s) + 相对速度分量Wθ(m/s) + 静温(K),
选择这些选项中一个后出现子菜单，设置进口量。如图12.2.3-8显示了”绝对速度方向＋绝对总量”，相应的子菜单在其下设置。
12-2.3.2 出口边界条件
对于出口有三种边界条件可用(图12.2.3-9):
l指定出口静压(Pa),
l质量流量(kg/s)(+为初始计算给定的参考静压),
l超声速出口(为初始计算给定的参考静压)
零阶与一阶外推法均可用，并可选用专家模式(默认为零阶)。
当进行反向设计时应明确指定边界条件为质量流量。因此，在进行分析时也同样推荐采用质量流量边界条件。这里推荐给定进口质量流量与出口处的压力，或总量为进口，质量流量为出口。
12-2.4 数学模型
通常，数学模型的默认值是适当的。
在跨叶片模块中并不使用这些参数，在3D工程计算中，粗网格层也不使用。
12-2.5 求解初值菜单
初场一般是自动配置的，此时给定尽可能接近进口压力的初值或由用户提供Initial solution file(如图12.2.5-10).
12-2.6 输出参数
这个菜单主要是选择需要输出的物理量。这个模块自动创建3D与2D输出到CFView?工程。关于此菜单更详细的注释见第12-5.2节。
12-2.7 变量控制页
在Control Variables页必须指定要进行流动分析还是反向设计(图12.2.7-11)。
其它所有参数与FINE?/Turbo计算中的设置相同，详见第15章.
12-2.8 启动B-to-B流动分析
一旦在菜单File/Save Run Files中正确创建”.run”文件，就可以在菜单Solver中单击按扭Start启动流动分析。
如果要重新开始之前的计算也同样可以在菜单Solver中单击按扭Start启动并且在Initial Solution页中选择一个初场文件。在粗网格中不能应用，重新开始计算不能应用多重网格设置。

mchyh

12-3 专家参数
在Expert Mode模式下，在Control Variables页，可指定连续的专家参数：
ITFRZ: 湍流粘度场冻结之后迭代步数。推荐采用这个设置，这可以消除湍流动能带来的残差震荡。(建议ITFRZ=200 )
IATFRZ: 重新之前的计算。通常设置值为1(默认值)。无论如何，在重新开始之前如果湍流粘度场已在之前的计算中冻结，转换应设为2，湍流动能场读取之前的计算结果，没有改变。
In the case the initial solution has been obtained with a frozen turbulent viscosity field (using the ITFRZ expert parameter), the parameter IATFRZ should be set to 2 in order to read the turbulent viscosity field from a file and to keep this field unchanged.
12-4 理论
本节讲述网格生成及跨叶片流动求解的主要特征。
12-4.1 网格生成
本网格生成器为跨叶片应用的全自动工具，生成H或I型网格，只需几分钟。
对多数quasi-3D方法，流动求解方程组构造在轴流面上的2D网格，网格生成为展向仅为1网格的3D网格。这样主要利用3D流动求解，没有大的不同。此外，
关于网格生成器主要有以下各项：
l各应用各种流面类型(轴流,径流,混合流动,往复流动等…)
l前尾缘工艺处理,
l分流叶栅,
l生成H与I型网格,
l可以在上游与下游同时倾斜网格或仅其中一处倾斜,
l网格生成过程中,允许考虑真实的叶片前尾缘,相反传统的H网格在前尾缘点的位置仅是最大与最小X坐标,
l全自动工具:仅需要沿吸力侧与周向点的数量信息.其它各处的点的数据自动计算.
12-4.2 流动求解
包含在跨叶片模块中的求解器是EURANUS流动求解定制的,效率优化时有限制.本模块可以计算可压与不可压流动.
流动方程的离散距离是基于网格中心控制体积法.对各种通量计算,采用中心配置,利用Jameson格式2与4阶离散变量.流动湍流模型是基于平均Baladwin_Lomax模型.
流动求解方程使用4级Runge-Kutta方法.为加速收敛,有不同的策略可用:
l多网格逼近(V-cycle),
l完全多网格策略,初始求解过程,
l局部时间步进,
l隐式残差光顺.
涡轮导向器的初场是自动提供.
//*  A particular
*//

suzygale

没做过2D优化，楼主把文件共享一下，大家都做做，再交流一下

mchyh

12-5 B-to-B模块中的文件格式
12-5.1 输入文件
跨叶片模块必须的输入文件分为3类：
l几何输入文件，叶片几何定义。
l求解输入文件(.run),求解参数与流体与流动条件定义。
l对反问题定义的反问题输入文件。
几何输入文件须由用户按AutoGrid输入文件的格式创建。
求解与反向设计输入文件则是在FINE?/Design 2D环境中自动创建的，用户只需在FINE?界面中设置参数与流动条件。下一节讲述几何输入文件。
12-5.1.1  几何输入文件
叶片几何体与轴流面(或根顶边界)是一系列点的坐标按ASCII文件格式给出。
有三种类型的几何输入文件可用：
l2D类型：这种类型仅对轴流有效，流面为轴流面(等半径).叶片几何体按层流面给出(圆柱面展开)。
lQ3D类型：轴流面给出(包括厚度)，在指定面给出。
l-3D类型(由根顶边界)：3D叶片几何体由连续的叶片截面给出(最少2个截面，按由根部到顶部的顺序)。根部与顶部边界同样需指定。流面位置由用户指定(需同时指定最低与最高轴流面位置)，或自动计算(几何分区)。用户仅需指定流面的展向位置及它的相对厚度。
l3D类型(由 .geomTurbo文件)：3D叶片几何体由一个包括根、顶边界与叶片定义的透平几何文件给出(具体格式参见AutoGrid用户手册).流面由用户指定(最低及最高位置)或自动计算(几何分布)得出。在此种类型中用户仅需指定流面所在展向位置及参考厚度。
所有几何数据必须采用相同长度单位(可任意选择)。
a) 流面数据
对于2D与Q3D类型，在ASCII文件中定义流面及它的参考厚度。对于3D类型(由根部到顶部)，由两个分别定义根部与顶部端壁，3D类型(由 .geomTurbo)，由一个文件定义根，顶与叶片。用户可以指定流面，用2个文件指定最低与最高流面位置。
流面数据文件结构如下：
-第1行：输入文件的标题
-第2行:坐标系统：
ZRB(对2D与Q3D类型)
ZR,RZ或XYZ(对3D类型)
-第3行：数据点的数量 N
-第4行到第3+N行：由2或3列构成的点的数据(按由进口到出口的顺序)
-第4+N行：特征行(可选)
-第5+N行：Zin , Zout , Rin , Rout,指定网格的进出口位置(可选)。(X,Y,Z)为笛卡坐标(Z为沿旋转轴的轴向坐标)，R为半径，B为流面厚度。
网格的进出口位置按如下方式指定：
l在上面的流面数据文件中，(第4+N与第5+N行)
l在FINE?界面中，Mesh Generation Parameters页，设置Inlet与Outlet。
这两种方法指定流面位置需四个数据，Zin,Zout,Rin,Rout。这些点的数据应在子午面内部，不能外推。
在2D或Q3D格式，子午面必须位于进出口边界之中。在数据文件中指定流面位置，或读取外部参数B2BLIM。
在3D格式中，进出口两个位置必须指定。沿根部与顶部边界或，最高与最低边界给出两个坐标，或在FINE?界面中，Mesh Generation Parameters页，设置Inlet与Outlet。
b) 叶片几何数据
叶片几何数据由连续叶片截面指定(对2D与Q3D为1个，对于3D格式最少2个)或由“.geomTurbo”文件给出。叶片按截面定义，每个截面包含2个输入文件，分别为压力侧与吸力侧轮廓。
叶片几何体数据文件的结构如下：
-第1行：输入文件标题
-第2行：坐标系统：
ZTR,ZTHR,RTZ,TRHZ,YXZ,ZXY或 XYZ
-第3行：坐标点的数量N
-第4到第3+N行：2或3列点的数据(按由前缘到尾缘的顺序),笛卡坐标为(X,Y,Z)(Z为沿旋转轴的轴向坐标)，R为半径，TH为周向位置(在半径上),T为按半径倍增的圆柱坐标。
在2D格式中，可用ZTR坐标系统，半径不能在叶片几何输入文件中指定。列数可以是2或3，第三列在求解时不用(半径是自动计算的，在流面数据输入文件中设定值)。
习惯上在周向视图中，吸力侧在压力侧之上，如图12.5.1-12.It does not necessarily have to be the physical suction side.
12-5.2 输出文件
B-to-B模块输出以下几个文件：
12-5.2.1 几何文件
a) ‘project_computationname.geoini’ 与 ‘project_computationname.geo’
这些文件包括了叶片在(m,θ)面的轮廓。’.geoini’ 文件包括在输入文件中给出的最初的叶片轮廓(或在3D格式中由3D插值得出的结果)，’.geo’文件包括计算中得到的叶片离散点。
这些文件可以在NUMECA MonitorTurbo中读取与显示(菜单Blade profile)。
b) ‘project_computationname.merdat’ , ‘project_computationname.mer.orj’ 及 ‘project_ computationname.mer’
这些文件包含在平均流面上的根，顶边界及流面工程。’.merdat’文件包含根部与顶部边界(仅3D格式)，’.mer’与’.mer.ori’文件包含流面数据。
这些文件可以在NUMECA MonitorTurbo中读取与显示(菜单Blade profile)。
c) ‘project_computationname.ps.ori’ & ‘project_computationname.ss.ori’
这些文件分别包含叶片的压力侧与吸力侧数据。
d) ‘project_computationname.split.ps.ori’ & ‘project_computationname.split.ss.ori’ (如果有分流叶片)
这些文件各自包含分流叶片的压力侧与吸力侧数据。
12-5.2.2 量文件
a) ‘project_computationname.cgns’
此文件包含计算结果，也就是五个流动参数(密度，相对速度的x-y-z分量，静压)，在所有网格(包括按边界条件生成的虚拟网格)中心的。同样也包括所有输出变量在CFView?中显示的。
b)’project_computationname.mf’
此文件为摘要文件，包括在进出口边界的平均流动参数。
c)’project_computationname.mfedge’
此文件为摘要文件，包括在前尾缘区域的平均流动参数。
d) ‘project_computationname.2d.cfv’ & ‘project_computationname.3d.cfv’
B-to-B模块自动创建所有后处理工具NUMECA CFView?必须的文件。有两个工程被创建，第一个以’***.3d.cfv’命名，网格的3D显示，第二个文件以’***.2d.cfv’命名，网格在(m,θ)平面的显示。
e) ‘project_computationname.velini’ & ‘project_computationname.vel’
这些文件包含等熵马赫数与压力系数沿叶片表面的分布.The two quantities are plotted along the curvilinear abscissae measured along the blade surface (non-dimensionalized by the blade chord).
等熵马赫数是利用进口总压与总温计算(仅对可压缩流动)得到,which are not necessarily imposed(依赖于进口边界条件).总量并不需给定,这个值是由计算结果得到(沿进口边界的平均值).
Mis=       12-2
公式中P为当地静压,P0为当地相对总压,计算依据场中焓与熵.
压力系数依据下式定义:  Cp=(P-Pexit)/Pexit   12-3
Pexit为出口静压,P为当地静压.
这些文件可被NUMECA MonitorTurbo读取与显示(菜单Loading diagram). ‘.velini’文件包含了初如分布, ’.vel’ contains the actual ones, and is iteratively updated during the resolution process.
f) ‘ project_computationname.split.velini’ & ‘project_computationname.split.vel’ (如果有分流叶片)
这些文件包含等熵马赫数与压力系数沿分流叶片表面的分布. 这些文件可被NUMECA MonitorTurbo读取与显示(菜单Loading diagram).
g) ‘project_computationname.loadini’ & ‘project_computationname.load’
倘若在’.run’文件中设置参数 ISQUEL 不为零,则这些文件自动创建,包含马赫数在吸力侧到压力侧的分布及压力系数的差异与平均值.这些分布可以分成章独的吸力面与压力面分布.
这些文件可以在FINE?界面(菜单Loading diagram )中的NUMECA MonitorTurbo中被读取与显示. ‘.loadini’ 文件包含了初始分布, ‘.load’ contains the actual ones, and is iteratively update during the resolution process.
h) ‘project_computationname.split.ladini’ & “project_computationname.split.load’ (如果有分流叶片)
这些文件的结果与’.load’及’.loadini’文件类似,沿分流叶片的分布. 这些文件可以在FINE?界面(菜单Loading diagram )中的NUMECA MonitorTurbo中被读取与显示.
12-5.2.3 Numerical Control Files
a) ‘project_computationname.log’ & ‘project_computationname.std’
这些文件包含了求解器在运行期间写入的信息.求解器意外终止的原因通常可在这些文件中找到.
b) ’project_computationname.res’
这个文件包含了主要的及最大残差的变化过程,以及进出口质量流量.这个文件被NUMECA MonitorTurbo读取与显示(Convergence history菜单).

mchyh

下面引用由suzygale在 2006/06/09 09:58am 发表的内容：
没做过2D优化，楼主把文件共享一下，大家都做做，再交流一下

不知道你指的是  帮助文件(在www.numeca.com中可以下载)还是叶型数据(这个可以随意找一个,老一点的红旗叶型不难找到!)?

mchyh

第十三章2D设计模块
13-1 绪论
本章讲述FINE?/Design 2D模块对透平机械反向设计的快-三-维设计.本模块在FINE?/Design 2D B-to-B模块的讲述在第12章.其中增加了网格生成器与流动求解,FINE?/ Design 2D模块包含一个对于叶片重新设计的最近反向方法,为改进性能.每种方法以压力沿叶片表面分布为目标对叶片轮廓重新设计。此方法必须具有B-to-B仿真的许可。
FINE?/Design 2D模块可以由NUMECA工具单独获取与使用。
在将来NUMECA计划扩充FINE?/Design 2D其它类型的应用以及其它设计技术。第一个版本仅限于设计透平机械，因此综合B-to-B方法在FINE?/Design 2D用户界面中。
分析与设计模块是基于假定流动是在轴流面上。The geometrical inputs required from the user to perform an inverse design are not different from the ones required to perform an analysis(如同第12章所述).
更多关于B-to-B方法的信息，在第12章讲述。在下一节讲述关于反向设计的内容。关于反向设计的理论背景在第13-3节讲述。最后在第13-4节讲述2D设计模块必须的几何数据文件与输出文件。

monday

今天问了numeca北京的人，他们说2d的功能已经在3d中实现。新版本已经不做2d了。以后也不做2d的开发了

mchyh

继续贴完吧,虽然很失望!!
13-2 在FINE?界面中的反向设计
叶片设计模块是在NUMECA FINE?/Design 2D环境中，如同第12章所讲，求解器是非常快，容易与交互式的。所有参数在用户界面中选择，自动创建输入文件，启动分析与反向求解。
名为NUMECA CFView?的图形管理软件，被提供。它允许查看残差的收敛过程，以及压力沿叶片表面的分布，叶片几何形状(反向设计时)。它也同样允许创建压力分布的目标。
这个结果可以用NUMECA CFView?进行后处理分析，自动进行B-to-B分析。
几何数据为ASCII格式输入文件，流动参数及边界条件在界面中设置。
本节讲述利用FINE?/Design 2D提供的界面菜单创建一个反向设计输入文件。关于输入与输出文件更深入的讲述在第13-4节。
下一节讲述以下内容：
l开始一个新的或现存的B-to-B工程。
l创建求解输入文件，为流动分析必须的。
l启动B-to-B流动分析。
13-2.1 开始新的或打开现存的Design 2D工程
首先开始FINE?/Design 2D模块,在FINE?界面选择菜单Modules/Design 2D.
启动FINE?界面后会出现Project Selection 窗口,允许Create a New Project或Open an Existing Project. 对于创建一个新B-to-B工程:
l单击按扭Create a New Project
l指定新工程所要保存的路径,并输入工程名称.
l关闭Grid File Selection窗口,Design 2D工程不需要网格文件.
l菜单Modules/Design 2D,启动Design 2D模块.
当一现存Design 2D工程需要打开时,在Project Selection窗口单击按扭Open an Existing Project,并在File Chooser窗口选择工程.最近使用过的工程列于表中,同样可以在表中选择.如果所选工程是以Design 2D模块保存的,则FINE?界面自动转到此模块,所示界面如图12.2.1-1所示.
在一个工程中不可能同时有Design 2D和三维计算.一个工程只能是FINE?/Design 2D或FINE?/Turbo.工程的类型是在保存时所在模块决定了的.
Design 2D模块的界面如同第12章展示.其中差别仅在于Inverse Design页的B-to-B分析计算.此项的详细说明在下一节.
13-2.2 创建反向设计输入文件
反向设计计算总是由初始模型的流动分析开始.
一旦B-to-B流动分析完成,用户就可以使用反向方法修改叶片.为此需准备两个输入文件”project_computationname.req”与”project_computationname.run”,从分析过程增加到此文件中(“project_computationname.run”与几何输入文件).
13-2.2.1 建议
分析计算之后保存结果通常是有益的.因此,建议以一个新的计算完成反向设计.在  FINE?界面顶左侧Computation区域选择分析计算,单击New按扭.一个新的计算被创建以与初始计算相同的参数.Rename按扭可以更改新计算的名称.
专家参数IATFRZ在反向设计冻结湍流计算期间通常设为2.这可以极大缩短反向设计迭代时间.
13-2.2.3 输入文件”project_computationname.req”
‘project_computationname.req’与B-bo-B模块自动生成的输出文件’.vel’或’.load’具有相同的格式.对于生成这个文件一个适当的方法是在MonitorTurbo中修改初始模型流动分析的结果文件’projectname.vel’或’projectname.b2b.load’.
在MonitorTurbo中创建目标的次序,下列各项必须:
1.开始’MonitorTurbo’
2.选择菜单”Loading diagram”
3.打开文件’project_computationname.vel’ or ‘project_computationname.load’
4.选择’Mis’或’Cp’分布(in case the inlet total conditions are not imposed as boundary conditions, the inverse problem has to be formulated in terms of Cp). Mis与Cp的定义在第13-4节Eq.13-1与Eq.13-2阐述.
5.激活’Markers’以区别离散点.
6.激活Edit a curve按扭
7.选择吸力侧或压力侧曲线,指针移到相应的图标上,键入<s>选择.被激活的曲线改变颜色.
8.利用鼠标中键修改曲线:
a.选择需修改曲线左侧起点(单击中键)
b.选择需修改曲线右侧终点(单击中键)
c.在左右点中间选择控制点(单击中键)
d.改变控制点
-选择控制点在曲线上
-按<Ctrl>键,垂直移动点.
点的精确位置可以鼠标右键指定.
e.保存新曲线,单击Save按扭.并给出新曲线的名称,或单击Cancel按扭取消对曲线的修改.
使用鼠标左键划定矩形窗口可以放大所选区域.按鼠标右键可返回开始状态.
13-2.2.4 输入文件”project_computationname.run”
这个文件是使用FINE?/Design2D界面,Inverse design页创建的(图13.2.2-1).
反向设计必须依据以下三个选项之中的一个：
l压力侧与吸力侧分布或经典公式：叶片吸力侧与压力侧是由指压力沿叶片轮廓分布修改过的。如果使用公式则是封闭的。
l吸力侧分布或混合公式：仅规定吸力侧的压力分布。也同样激活轮廓封闭，压力侧则按吸力侧修改。
l叶片加载或加载公式：叶片曲线线按加载分布修改(吸力侧到压力侧的压差)，从前缘到尾缘。叶片厚度分布维持常驻数之后轮廓封闭。
反向设计计算的目标可能是按等熵马赫数(Mis)构造或压力系数(Cp)( 参见第13-4章公式Eq.13-1与Eq.13-2)。等熵马赫数对于可压缩流动是有局限性的。
可进行前缘与尾缘的控制。反向设计方法允许维持叶片的一些部分不变，如前缘与尾缘的半径。吸力侧与压力侧冻结点的数量必须由用户指定每一条边。默认值为1。无论如何，对多数工程均推荐冻结前缘区域，不进行修改。在尾缘，当在初始叶片流动分析出现流动分离时，强烈推荐冻结这个区域。
两个松驰因子可用：
l第一个松驰因子(默认值为1.0)允许在”.req”文件与初始文件”.vel”之间考虑平均目标。这个松驰因子不经常使用。
l第二个松驰因子(默认值为0.05)主要是降低几何修正。这个因子的变化范围是从0.01到0.1。最高值0.1因为稳定性的原因不推荐使用，反之，低值0.01通常在反问题中不做处理。
下列几何约束可用：
l侧面封闭总是可用，除非：
-叶片厚度是自动约束的(“loading” formulation)
-叶片尾缘为钝形，且尾缘厚度不需修正
lConstant stagger angle is not often used
l叶片弦长固定：这个约束允许维持叶片弦长(measured on the transformed m-θplane)。此约束可不与固定半径一起使用，这两个约束是对立的。
l半径固定：这个选项推荐用于径流机械，此约束保证子午面位置不变。点沿圆周方向移动。这个设置不推荐用于大半径前缘。
l参考点：此固定参考点可以前缘(默认)或尾缘(如果选择了corresponding)。
最后，完成反向设计计算所需的迭代步数。
13-2.3 初始求解菜单
An inverse design calculation should always start from the converged flow analysis of the initial geometry.
一旦B-to-B流动分析求解收敛，用户就可以使用反向方法继续修正叶片。(图13.2.3-2)
13-2.4 启动或重新开始反向设计计算
一旦’.req’与’.run’ 输入文件被正确创建，就可以开始反向设计，在Control Variables页选择”run type”为Inverse design，之后在菜单Solver中点击Start按扭。
重新开始分析计算时，用户必须正确指定初始计算文件。推荐以不同的名称保存流动分析结果，这样反向设计计算可以连续的名称保存，由相同的初始求解开始。
一个中断的反向设计计算可以重新开始。为此用户必须设置专家参数INVMOD为1代替0. 添加正确的流动求解文件，实际叶片被求解器读取，如财初始时一样考虑。
13-2.5 专家参数
13-2.5.1 Using a Parametrised Target Distribution
使用参数目标分布是以两个专家参数IADAPT与RADAPT，在Control variable页中。首先应在界面顶部右侧激活专家模式。
整型变量包含6个值：
l参数化类型
-0：不使用参数化分布
-1：吸力侧(或加载)分布参数化
-2：压力侧分布参数化
l迭代步数
l参数化目标起(left)点索引.用户指定前缘位置(typically about 10 points)
l参数化目标终(right)点索引.用户指定尾缘位置(typically about 10 points)
lTurning angle is imposed value(0) or the change of swirl RVθ between inlet and outlet(1)
lImposed turning or swirl is taken from the analysis solution(0) or set by the user(1)
变量RADAPT包含4个值：
lReduced curvilinear position of the free parameter between 0.(左点) 与 1.0(右点)(默认：0.5)
lRelaxation factor governing the amplitude of successive updates of the parameter(默认0.25)
lRange of variation of the free parameter (in isentropic Mach number of pressure coefficient depending on previous choice of the user) (默认真: 0.2)
lUser imposed value of the turning angle (in deg.) or swirl RVθ(M2/S) (used if the last integer of IADAPT is set to 1).
INVMOD:设置此参数由0到1允许重新开始反向设计计算。
13-2.5.2 Splitter Blades Design
带分流叶片的离心压缩机可以FINE?/Design 2D进行重新设计.可修改任一主叶片或分流叶片.按外部变量INVSPL(FINE?界面中菜单”Computation Steering”)进行选择:
lINVSPL=1:修改主叶片
lINVSPL=2:修改分流叶片
如果修正主叶片必须在’project_computationname.vel’或’project_computationname.load’文件中构造目标,或在’project_computationname.split.vel’或’project_computationname.sp_ lit.load’文件中构造目标修改分流叶片.

mchyh

13-3 理论
反向方法的用途是重新设计符合规定叶片表面压力分布的叶片轮廓.This provides a detailed control of the boundary layer behaviour, by limiting the amount of diffusion and by eliminating the eventual spurious acceleration and deceleration detected along the initial blade profile.每种方法均间接控制二次流损失,如同控制叶片加载分布一样.
FINE?/Design 2D所采用的反向设计方法是反复修改叶片轮廓,直到压力分布目标在叶片表面无法达到为止.几何修改法则是基于渗透墙观念.每一过程的迭代均由两个单独的步骤组成,几何修改与流场修正.粘性与无粘问题被近似对待.
反问题的三个公式可用:
l传统公式,重新设计吸力侧与压力侧,基于指定的叶片表面压力分布.
l混合公式,重新设计吸力侧,基于指定的叶片表面吸力侧压力分布.This formulation is for instance interesting for rotor blades on which strict mechanical constraints are imposed. 在一些例子中,传统公式可能较少提高效率,因为叶片厚度是计算的结果,这常常是困难的,并且大量的时间耗费在查找具有可用厚度分布的适当叶片目标上.
l加载公式,规定叶片由前缘到尾缘的加载(压力侧到吸力侧的压差)分布,重新设计叶片曲率直线(叶片厚度分布保持不变).这种方式对径流机械特别有益.对于径流机械,叶片通道内平均流速主要展向控制,因此修改叶片大体上是依据加载分布. “loading”公式是更广泛与高效的是应用是径流机械.无论如何,通常的应用是使用二次流公式.
一些几何约束与设置的应用可增加方法的弹性:
l控制前缘与尾缘:前缘与尾缘的一些点可保持不变.
l保持叶片弦长不变
l指定固定参考点(前缘或尾缘)
l等熵马赫数与压力系数期间的反问题公式
l控制前缘与尾缘的子午面位置(推荐用于径流机械):点分布在圆周方向,保持子午面位置不变.
一些很重要的方法是控制流动出口角或旋涡.大部分反问题的障碍是对旋转角或层流的控制.The user does not have the guarantee that the specified target pressure distribution will lead to an unchanged turning angle. This implies that several iterations are sometimes required before finding the target leading to an acceptable design.
FINE?/Design 2D独特求解允许控制通道内由进口到出口的转折角.A degree of freedom is introduced in the target pressure distribution, that is automatically modified in order to respect the outlet flow angle constraint. A part of the target pressure distribution in defined using a fourth order polynomial curve. The parameter defines the vertical position of a point of this polynomial curve. A smooth transition is ensured between the fixed part of the target and variable one. The parameter is iteratively and automatically adjusted in order to respect the outlet flow angle or the outlet swirl RVθ.
13-4 2D反向设计中的文件格式
13-4.1 输入文件
输入文件分为三类:
l几何输入文件,叶片几何定义
l求解输入文件,定义求解参数与流体与流动条件
l反向设计输入文件,定义反问题
几何与求解输入文件的说明在第12章.反问题输入文件在FINE?环境中创建,本节讲述.
13-4.1.1 反向设计输入文件
为完成反向设计问题,必须2个输入文件:
-‘project_computationname.req’,定义压力分布目标.此文件可以在MonitorTurbo中创建.
-‘project_computationname.run’,指定反向设计参数(自动生成)
反向设计总是以一个收敛的初始模型分析开始.压力分布目标可以用初始几何分析的结果进行修改而得到.
13-4.2 输出文件
一些B-to-B模块生成的文件,在第12章已经讲述.在本节讲述对于反向问题生成的另外的一些文件.
13-4.2.1 几何文件
a)’project_computationname.geoini’ & ‘project_computationname.geo’
这些文件包含在(m,θ)平面的叶片轮廓. ‘.geoini’文件为初始叶片轮廓, ‘.geo’文件为当前叶片轮廓.
这些文件可以被NUMECA MonitorTurbo(Blade profile菜单)读取与显示.在反向设计中可以比较初始与新几何体的差别.
b) ‘project_computationname.split.geoini’ & ‘project_computationname.split.geo’
这些文件包含在(m,θ)平面的分流叶片轮廓. ‘.geoini’文件为初始叶片轮廓, ‘.geo’文件为当前叶片轮廓.
这些文件可以被NUMECA MonitorTurbo(Blade profile菜单)读取与显示.在反向设计中可以比较初始与新几何体的差别.
c) ‘project_computationname.ss.ori’ , ‘project_computationname.ps.ori’ & ‘project_com_ putationname.mer.ori’
这三个文件是求解完成时自动生成的,分别包含吸力侧,压力侧与轴流面.这些文件为3D输入格式,叶片截面由3D叶片格式.它们具有相同格式.
叶片坐标系统为XYZ,可由IGG?或AutoGrid联接与处理.流面的坐标系统为ZRB(B为流面厚度).
这些文件具有相同的长度单位,按输入文件的长度单位.
d) ‘project_computationname.ss.new’ & ‘project_computationname.ps.new’
反向设计之后,这两个文件自动创建,包含新的吸力侧与压力侧.这些文件具有与几何输入文件相同的格式.
坐标系统为XYZ,可由IGG?或AutoGrid联接与处理.坐标的长度单位与用户输入的选择相同.
在求解器默认的配置中,这些文件包含沿叶片轮廓的网格点.点的数量可不同,受输出参数NPTB2B的影响.如果参数设置由0变为N,则压力侧与吸力侧点的数量为N.
13-4.2.2 数量文件
a) ‘project_computationname.velini’ & “project_computatinname.vel’
这些文件包含等熵马赫数与压力系数沿叶片表面的分布.这两个量是沿叶片表面标准排列(non-dimensionalized by blade chord). ‘.velini’文件包含初始分布, ‘.vel’文件则是当前的.
等熵马赫数是利用进口相对总温与总压计算得出,不需另外指定(仅依赖进口边界条件的设置). 总条件不需指定,这个值是由计算结果得到的(通常是沿进口边界).
等熵马赫数按下式定义:
Mis=….                         (13-1)
式中p为当地静压,p0为当地参考总压,总压依据等焓与等熵计算得到.
压力系数按下式定义:
Cp=(P-Pexit)/Pexit               (13-2)
式中Pexit为出口静压,P为当地静压.
这些文件可以被NUMECA MonitorTurbo(菜单Loading diagram)读取与显示.在反向设计中,这两个文件可以同时显示以比较初始的和新的压力分布.
b) ‘project_computationname.loadini’ & ‘project_computationname.load’
倘若在’.run’文件中参数ISQUEL不为0,则此文件自动生成,包含吸力侧到压力侧的马赫数与压力系数差异与平均值.这些分布通常在反向设计方法’loading’公式是选择. ‘loading’文件包含初始分布, ‘.load’包含当前的.
这些文件可以被NUMECA MonitorTurbo(菜单Loading diagram)读取与显示. 在反向设计中,这两个文件可以同时显示以比较初始的和新的压力分布.
c) ‘project_computatinname.split.loadini’ & ‘project_computationname.split.load’ (if splitter blades)
如果在’.run’文件中参数ISQUEL不为0,这些文件自动生成,包含相同的量,如同’.load’与’.loadini’文件,沿分流叶片的计算结果(Loading diagram菜单).
d) ‘project_computationname.tarini’ & ‘project_computationname.tar’
反向求解自动生成这两个文件,包含初始的与当前的压力(或加载)分布.
这些文件可以被NUMECA MonitorTurbo(菜单Loading diagram).比较’.tarini’与’.velini’(或’.loadini’)这两个文件主要是查看反问题的求解,比较’.tar’与’.vel’(or ‘.load’)文件主要是检验反向设计的正确收敛.

mchyh

求之不得,辗转反侧,
如之奈何,奈若何??

monday

呵呵，mchyh不用这么失望吧。至少对这个问题有了很深入的理解。
感谢你的辛勤劳动。

yanfengzhang

感谢mchyh。支持你[br][br][以下内容由 yanfengzhang 在 2006年08月16日 08:49am 时添加] [br]
想学Design 2D，mchyh有没有完整算例，希望传上来，谢谢