旋转机械中时间步长设置的经验

　　对于CFX采用隐式耦合算法，调整时间步长相当于改变松弛因子，在数值计算中适当考虑时间步长的设置。除了Pre-CFX Solve中可以设置外，在求解过程中冶可以设置：在耦合求解器（Coupled Solver）页面中，CFX-Solve/Tool/Edit run in progress/Flow/Solve Control/Convergence Control，双击物理时间步长便可修改了。

　　首先补充几个高中物理知识：

　　线速度V（m/s）、转速n（r/min）、角速度ω （rad/s）、半径R（m）

　　线速度V，是物体运动的速率。 那么物理运动360度的路程为：2πR，这样可以求出它运动一周所需的时间，也就是圆周运动的周期T。

　　T=2πR / V，V=2πR*n

　　角速度ω，是物体在单位时间内转过的角度。 那么，圆周运动的物体在T（周期）时间内运动的路程为2πR，可以求出它的角速度：

　　ω=2π / T =V / R，ω=2π*n （rad/min）=2π*n /60 （rad/s）

　　例如，汽轮机转速为n=3000r/min，则角速度ω=2π*n /60=314 (rad/s)，理解为单位时间内转了314弧度。

 

　　这时，针对稳态和非稳态的时间步长来进行设置。

　　稳态计算（Frozen Rotor/Stage），时间步长=1/ω，

如：转速ω=523rad/s，则时间步长=1/523=0.002s。

 

 

　　瞬态计算（Transient Rotor-Stator），时间步长≤旋转机械走过1个pitch所用时间的1/10，

如：转速ω=523rad/s，动静叶匹配关系为15/18，则通过一个pitch的时间=(2*π/15)*(1/ω)=8.0e-4s。要在这一个pitch上计算至少十步，所以时间步长≤8.0e-5s。

 

 

Institute of Turbomachinery,
College of Power and Energy Engineering,
Harbin Engineering University