Periodische Randbedingungen (zyklische Symmetrie) ermöglichen die Modellierung eines einzelnen Durchlasses für eine axiale oder zentrifugale Turbomaschine. Es handelt sich zwar um keine gleitende Netzimplementierung (wie beim voll rotierenden Bauteil), doch wird die Strömung innerhalb des Schaufeldurchlasses erfasst. Periodische Randbedingungen können auch verwendet werden, um nicht rotierende Bauteile wie z. B. einen einzelnen Schaufeldurchlass durch eine Statorkaskade zu simulieren.
Für eine derartige Analyse wird nur ein Durchlass mit einer einzelnen Schaufel modelliert. Zusätzliche Volumen werden zum Einlasse und Auslass des Modells hinzugefügt. Dabei sollte es sich um eigene Volumen handeln, die vom Schaufeldurchlass zu trennen sind, da sie sich nicht drehen. Periodische Randbedingungen werden stets paarweise angewendet, normalerweise auf Flächen an den Einlass- und Auslassverlängerungen, bei denen es sich nicht um Wände oder Öffnungen handelt.
Beachten Sie, dass Modelle mit periodischen Randbedingungen nicht neu vernetzt und von einer gespeicherten Iteration fortgesetzt werden können. Wird das Netz geändert, muss das Modell von Anfang an gestartet werden (Iteration 0). Dies liegt an der Knotenneuorganisation, die zu Beginn von Analysen mit periodischen Randbedingungen auftritt.
Randbedingungen
Die Seiten der Verlängerungen müssen um den gleichen Wert voneinander verschoben bzw. versetzt werden. Beispiel: Wenn die Seiten der Einlassverlängerung um 30 Grad voneinander weggedreht werden, müssen auch die Seiten der Auslassverlängerung um 30 Grad voneinander weggedreht werden. Wenn die periodischen Seiten der Einlassverlängerung um 5 cm in Y-Richtung verschoben werden, müssen auch die periodischen Seiten der Auslassverlängerung um 5 cm in Y-Richtung verschoben werden.
Mindestens ein Satz von periodischen Flächen im Modell muss planar sein. Solange ein Satz planar ist, können die anderen Flächen gekrümmt sein.
In 2D-Modellen darf der Winkel zwischen Kanten eines periodischen Paares nicht mehr als drei Grad betragen, und die Kanten müssen gleich lang sein. Weiterhin müssen alle Senkrechten auf einer Fläche die andere Fläche durchstoßen, und umgekehrt.
Zur Anwendung einer periodischen Bedingung ist eine Paarkennung erforderlich. Die Paar-ID muss eine Ganzzahl sein. Verwenden Sie den gleichen Wert für die periodischen Flächen jeder Verlängerung. Darüber hinaus ist für jedes Mitglied eines Paars eine eindeutige Seitenkennung erforderlich. Beispiel: Bei einer Fläche eines periodischen Paares ist die Paar-ID = 1 und die Seiten-ID = 1. Bei der entsprechende Fläche des Paares wäre die Paar-ID = 1 und die Seiten-ID = 2.
Die Seitenkennung sollte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bereichen einheitlich sein. Folgendes wird angezeigt:
Die Einheitlichkeit der Seiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bereichen sorgt für eine erhebliche Beschleunigung der Startverarbeitung. Wenn die Seiten-IDs nicht einheitlich sind, ist die Analysegeschwindigkeit beim Start wesentlich geringer.
Geometriekonfiguration
Es gibt zwei Möglichkeiten zum Konfigurieren des rotierenden Bereichs auf Grundlage des Schaufeldurchlasses. Ein Ansatz besteht darin, den Durchlass genau zwischen den Schaufeln zu positionieren (von der Ansaugseite einer der Schaufeln zur Druckseite der anderen verlaufend):
Dieser Ansatz ist besser geeignet für die meisten zentrifugalen und axialen Bauteile mit vielen Schaufeln oder einer starken Schaufelkrümmung.
Alternativ kann der rotierende Bereich vom Mittelpunkt eines der Durchlässe zum Mittelpunkt des benachbarten Durchlasses verlaufen. In diesem Fall durchläuft eine einzelne Schaufel die Mitte des rotierenden Bereichs. Die Schaufel sollte entweder ein Ausschnitt oder ein Festkörper sein:
Turbomaschinenanalysen mit periodischen Bedingungen sind nur für Schaufeldurchlässe nützlich. Solche Analysen sind nicht für Geometrien geeignet, in denen ein unbeweglicher Festkörper enthalten ist, z. B. in einer von einer Spirale umgebenen Zentrifugalpumpe.
Der Schaufeldurchlass wird als ein rotierender Bereich konfiguriert, wobei Geschwindigkeit und Richtung der Drehung angegeben werden müssen. Periodische Randbedingungen sind auch an den Seiten des rotierenden Bereichs erforderlich, sofern die Schaufel innerhalb dieses Bereichs zentriert ist. Falls die Seiten des rotierenden Bereichs die Druck- und Ansaugseiten der Schaufel sind, ist es nicht erforderlich, den Seiten des rotierenden Bereichs periodische Bedingungen zuzuweisen.
Periodische Randbedingungen können auch für nicht rotierende Bauteile verwendet werden, z. B. für eine Statorkaskade. Periodischen Paare sind an den Einlass- und Auslassverlängerungen erforderlich:
Analysen mit periodischen Randbedingungen, die einen rotierenden Bereich enthalten, müssen transient ausgeführt werden. Für Analysen von nicht rotierenden Bauteilen ist es nicht erforderlich, eine transiente Analyse durchzuführen.
Beachten Sie, dass periodische Randbedingungen in der Basiskonfiguration enthalten sind, allerdings ist das Bewegungsmodul zur Analyse rotierender Maschinendurchlässe mit periodischen Begrenzungen erforderlich.
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