Compressible simulation of rotor

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1、Compressibl slton of roorato ntrtion npmpturine可压缩的转子的模拟定子相互作用在泵涡轮机Abstract。 This orivesiates thinfluneofwater copresiiliyon esur pulstionsnduced rorstatorinerction （RSI) in hduic chiery，using the oercal CDsolverSCFX. A pie flow exmpl with harmonicveci xtinat the ne plnessmuaed usidfr gridnsis an ti

2、me sp izes. esultsarecopaed wth avadate code for hdauli etworks （MSEN）.Subsequenty， the sluion pocduresapplid to a simplifie 2.5dimnsinalpump-tin conigration i mdelscal withaadated seedofson Pressure lucainare mpared wih nueric and experimentaldata based o pototype scle. Te god agreeent inicats that

3、 the scalino aotic effectswit an adapted speo ound ks well。 nally， th proedur is plie to a 3dimnsona pmp conigutionin mo scaePresue fluctatosare compared with els ro potoymeurement ordt comressibecoputatos, cresbe smuatios prde ilar pressur fluctuationsin anelesspce， t presse luctuaton nspal case ad

4、 pestk may euchhigher.ithrepect toressur luctutio apliudealongthe cnterlnofrunner cannels, inompressible olutio eibit a linedeeasewhiecomesibsolutos exhbit sinusoida isttos wi maximum vaus a halthechnnel lenth,oinciding wtaalyti soltions ofoneimesiol acoustics.摘要。这工作调查水的压缩系数的影响在压力脉动促使由转子定子相互作用（相对强弱指

5、数)在液压机械，使用广告差价合约解算器优化设计手册都会利用氟类材料.一个管道流动例子同和音的速度激发在进口机被模拟使用不一样的格密度，时间步大小.结果被比较validae但只有基因编码性状液的网络(sse）。ubeqenty,解决步骤被适用于一个简化。5维水泵水轮机组态在模型比例尺同一个适应声速。压力波动被比较数值，实验数据以原型为依据规模.良好协议表明那音响效果的规模同一个适应声速工作好.终于,程序被适用于一个3尺寸的的抽水机组态在模型比例尺.压力波动被比较由于原型尺寸。比喻为不可压缩的计算，可压缩的模拟提供类似压力波动在vneles空间，然而压力波动在蜗壳,闸门可高得多.关于压力波动振幅沿

6、着中心线的亚军渠道，不可压缩的解展览一个直线下降而可压缩的解展览正弦的分配同最大估价格为一半通道长度，重合同善于分析的解的一维的声学.1. ntrouctionFlo hydraui achney s known to b unstey. Prssur fluctuaions inducedb rotr-sttor ieraio (RSI） may be aor sourcviratin nd ge. Extv lterurs avlable on Ra unseadyfow inydr trbnes(e.g -7）. For man stndrd Caplicaion， water comr

7、eibty des ot play impoatroe and may beherefore neglecte Hoever, typicl RIexciation frequnes 50 to20z correodocustic wveets of aproximtly to 30 m, se avelengtfrqency dependc in Fig。 1 Henc, theacouic wvelength aermay be nth raneof pototpemponen mensions。 I such cs，acouic resonance my ur,ad csic ffcts

8、 ayamplify esur pstionand cas igh alitudetuctral viatios。herefore， iis impora to stuycmpssbliyffetso presse fctuiided y RSI in hyrauli macinery。 It is desre toprfr ydraulicCFDin protoype sale.However， theynol uber is vr hig， nd onsequntly nether comressble n comprsse CFD siulatn cn reslve boundry la

9、rs properlOn th oterhand, os hydrauliestneasurementre bas n mlscle. erefor, inecessayan useful t performCFD smlations o ydro turbnes enerallyn meldimesi, but hdrocousi ffects prdictednmel caehould bevali for prototypemachiny。 s ncompresible D desn consirtphysic of acotichenona, he tranpoitinof muted

10、presseplsatn fm the omputtio model to oypeonditon maybe not physicafor som parothe turbn Acutc ffects in hydaulicmde sale testar also not transosableoprotoypesize machiny.In conrast， compressibl CFD smlations in modl scale with daptd speed f sound （o scleacousticfects) ay be a goodoltion。1. 说明流入液压机械

11、被知道是非定常.压力波动促使由转子定子相互作用（相对强弱指数）可一个主要源的振动和疲劳.广泛的文学可用的在相对强弱指数，非定常流入桥梁水文计算程序涡轮机(。17）。对许多标准差价合约应用，水的压缩系数不要起重要作用，可因此忽视。然而，典型相对强弱指数激发0的频率00赫兹符合声约的波长5米，见波长频率依赖性如图。故，听觉的波长在水可能在范围原型元件尺寸。在这种情况下,声共振可能发生，音响效果可能放大压力脉动,可能原因高振幅构造的的振动。因此，是很重要的学习可压缩性影响压力波动促使由相对强弱指数在液压机械。它被愿望演出液差价合约在原型规模.然而，雷诺数非常高,所以既不可压缩的也不不可压缩的差价合约

12、模拟能解决边界层妥善.另一方面,非常液测试和尺寸被基于模型比例尺。因此，它是需，有用演出差价合约桥梁水文计算程序的模拟涡轮机通常在模型维，然而桥梁水文计算程序音响效果预测在模型比例尺将有效期原型机械。由于不可压缩的差价合约不要认为声的泻药现象，计算的换位压力脉动从计算模型原型条件可不物理为一些部分涡轮。音响效果在液模型比例尺测试也不转座的原型大小机械。相反,可压缩的差价合约模拟在模型比例尺同适应声速（规模音响效果)可一个良好解. 1Acousticwaength dpening ofequenc for dfnt peds of o图1听觉的的波长根据频率为不同声速Hydrauc cmessi

13、bility efetsa e rperytaken into accnt comprsibl C ased avirStk equainsfo eaklycomprsslfluids， icoratng th equation of state for = ( . ） /a ， （1)Wter h the subst 0detes a ferencequantity， the dnsty， nd p the prure The ed f sound0 assued tob onstan.Therefore, th inlueceof esilty effecscan e ivstigtedu

14、singdiffentspds f soud cas 900 m/， 100 ms, and10 m/s wih reva penoen ointert in hdrlic achinery。 液可压缩性影响可以要妥善考虑到由可压缩的差价合约以那微史托克方程为依据为弱可压缩流体,合并状态方程为水，下标0表示一个参考量，密度,秕谷压力.声音的速度0被假设常数。因此，可压缩性的影响影响可以被调查使用不同声速例如900米/s,10米/s，1300米/s揭示对液压机械有兴趣的现象。 Thcurrent per emonatsth abily of copresble CFD to pedic acut

15、c fcsin hraulicmachineryand tprid a better uerstaing ofth nflencf watr comressibilt onpessurefution idued byRSI。 Aist, pp flwth harmoc veloci eitaio s siulatedusingdiferntrid dsities n tie stepszeshe computed suls r cmpardwit tose pedite by a viated code forhydulc ntorks (SIMEN).Subseently,the clbra

16、ted nmerical etho i aplie toa spliie 2.5-dimeion pumpturbne cnfgurioninmde ae ith nadtepeed soud。 Nrmaize presurluctuaton re cmprd to numercl anerimtl rests of a rotope Finy, a fully 3imnsionl cnfiuratio of apupin moel sleis vetigated. 近期论文演示能力的可压缩的差价合约预测音响效果在液压机械,提供更好地了解水的压缩系数的影响在压力波动促使由相对强弱指数。首先，管

17、道流动同一个和音速度激发被模拟使用不一样的格密度，时间步大小。计算结果被比较那些预测由一个验证但只有基因编码性状液的网络（msen).后来，校准数值方法被适用于一个简化。5-dmnoa水泵水轮机组态在模型比例尺同一个适应声速。归一压力波动被比喻为数值，一个原型的实验结果。终于，一个充分维一个的组态泵模型比例尺被调查.2。 Evaluatn of mpressible CFfor Hydrulic picaonsslustrtei Fig. 2， a pip lo onfiuratio with alengthof L 10m and a diameer o D =01ms regarded。

18、isprctcalyelevanta simple。 Usig thvaldtsoftwar olSMSN7， ie flow dnaiis investigatedfr haron lociy fluctations at the inlet. grid widt of 2man atie ste siz o = 5。10-5 s ly fr omuting the rferec soutnwhich ued toevalute esults o cmpressibe CD imuons。Fg. 2 Pipeflow cofguatonFomresibeCFD siutionsth ASYS

19、FX， cometey block sructheaheral meshes wth a uifrm gri aaldirecional. wo iferent disretaion are sed， igh resolution （z = 0。0 d = 5.1-5 s)machng wth thIN iscretizaton d acorser esluon （z = .05m 504 ） comparable tothe dicretization o ruer channels n h simpified puptubie cofigraton inootypescale.At the

20、 inlt plne，thfow i asu to b flly urlent uing hemen velitroi2。可压缩的的评价差价合约为液的应用像说明在图2，一个管道流动组态同一个长度的半导体技术天地10米，一个直径的公主日记=。1米被关于。它几乎有关，简单。使用验证软件工具smsen，管流体动力学被调查为和音的速度波动在进口。一个的网格宽度尖椒土豆=0。0米，一个时间的步长吨=5。05s申请计算参考解决方案被过去常常评价可压缩的的结果差价合约模拟. 图2 管道流动组态为可压缩的差价合约模拟同优化设计手册都会利用氟类材料，好块结构的六面体的网孔同一个均匀网格在轴向申请.二个不同离散被

21、使用,一个高分辨率（z = .02 mad t = 5.105 s）配合simn离散化，一个也显得更粗了决议（z 0.5 m and t = 5.14 s)比得上离散化的亚军渠道在简化水泵水轮机组态在原型规模。在进口机，流量被假设充分动荡不安的用平均值流速剖面。where r0= 05 m is he radus fthe ppead w 30 m/s th mean velcity at cenerstio Te hmoicallyftuatng prt ote nlet loty = 0.w .0.5。 （1。 os(2。f . t）) （3）s ad to the ea veoitypo

22、file wgven in . (). IEq。 (）， f 60 Hz is te exctaion frequencyand th phyiclime.F he eauatio ofesults， nitoointsar paced n the eterlinef tepipe。Th speed of oundi assmed te 1000 ms, and th desi of waer iefined y Eq.(1) The hi soti advin sceeof CF, the scond rderbacwar ur mtod or timenegratio， ad he tur

23、uec mdel with calbl wll fuci are ed or inlet and utle oudary oitions，the opton “electve” selected n hautc reflectivy. TMS rsidal trge i setto 5。106 fo veloitycompnents ndpsuetoese convere solutions. For ntad simulio， te stadstate soluton i takena intalodition, d tiedepdent veloct ditribtionsare peci

24、fied at he inlane. Th compted physcal ties 02 corresonding o wa ropatn perios the pieFigur 3 shows timehistories of pesrat z = (ldl） n z = m (dashed line） nh cterline of he pie prediebCFXand IMSEN。Alhough CF resuts e basdon 3-dimension untedy eyold-Averged aier-tokes eutons (URANS) a SIMSEN soutions

25、on on-imensionl hydocoutic aases，they gree faily well。 Pressue diffen beteen the IME souin ad bothCFX isetizations aequite sal. heoe，CFX simuatins o comprssiblaer fowr proven to gvealisti resul and ay b sed to pret dnac prssr plains in cmplex hydralic mchiry在0=。05米是半径的管,0=30米/s平均速度在中心位置。和声地波动部分进口速度被

26、增加平均值流速剖面瓦特让步相等。（2）.在相等.（3），为返回整型值的函数60赫兹激励频率,吨物理时间。为结果的评价，监测点被放置在中心线的管。声音的速度被假设000米/s,水的密度被确定由相等.（1）。高分辨率平流都会利用氟类材料的方案，二阶落后欧拉方法给时间积分，k湍流模型同延展的墙功能被使用。对进出口管径边界条件,期权“沉思的”被选择声反射率.均方根剩余的目标开始大吃5。106为速度元件和压力确保汇集解。为非定常模拟,稳态解被采取像初始条件，时间依赖性速度分配被提起在进口机.计算物理时间0。s相应的10波的传播期间在管。图显示时间毒理学史压力在z=0米(固体的线)，和z=4米(虚线）在中

27、心线的管预测由都会利用氟类材料,ien.尽管都会利用氟类材料结果被基于3维非定常雷诺兹平均纳维斯托克斯方程（乌兰），sisn解在一维水声分析，他们同意相当好。压力差异在之间imen解，两都会利用氟类材料离散相当小。因此，cfx可压缩的的模拟水流被证明给实际结果，而且可能习惯于预测动态压力脉动在复杂的水力机械装置中。Fig. 3 ie tore of pesurpicted CX withdferent disceizaio and bySIEN图 时间毒理学史压力预测通过都会利用氟类材料同不同离散，通过simsen。 ComrsibleSimuation ofR in a Simpified

28、PumpTrbienigration。1 Moligadueral Setuphe omputtnal domaio rere pumpturinewit a specifc peon=5 cist o a spircse,atand casade it sayvane and ikets, a ru wit lades， and draft tue, considering thinflenc f nuifor inflw frm he sirl c.Te rgrded turbine moopeting point is 7wikt ate opening closeootimm. Sin

29、ce thitudy is oused onte iflunce of omprssibility effectonprsure pulsation, te orignalconfiuratiois reuced o simplified 2.5dimens odel,se ig。 4，miniming the comptatioa effort. Th thid dmion isnt of a consant hicknss utrfecs e vaying css-etioaea.3。可压缩的模拟的相对强弱指数在一个简化水泵水轮机组态31 造型，数值设置 关于的计算域水泵水轮机同一个脉实舣

30、的比转速50由一个组成蜗壳，一个串列叶栅同2呆货车和边门门,一个跑步者同9个刀片，一个尾水管，考虑影响的非均匀流入从蜗壳。注意涡轮模式工作点70边门导叶开度离最佳近。自从本研究被关注可压缩性的影响影响压力脉动，原始配置被减少一个简化。5量纲模型，请看图4。最小化计算工作.真实感不是的一个不断厚度但反映变化横截面积. Thestrucured hxaedrlmes i pootype sie i appoxmatly 5.8 mion emns usd in pos wrk 1is scld tomode imns。 Atheinletplne,te as flwtewith normal fl

31、odiectonis speifi,adtthe te plan， noenig ondiion is aplied.A sufaceo trbinemonenwhicare i contat to wae assg are defned s nslip walls, wiehe remining urfes whicreuce the thid dimeion toa sal istance redined as freeslp wls, se boudary condiinsin Fg。 4 (). Beween psedresip alls, only w elemets ae lcat

32、d. 他结构六面体的网在原型大小同约.8个百万元素使用在以前的工作1被攀登模型维。在进口机，质量流量同正常流动方向被提起，在出口机，一个开放条件被申请.所有涡轮的表面元件在联系水通道被确定由于没有的滑墙，而仍表面-减少真实感一个小距离被确定由于自由的滑墙，请在图（a）中观察边界条件.在反对之间自由的滑墙，只二元素被定位。 h time sep siz ieleted sch thatone unn revolton is dvdedinto400 timstpscorsonding toan ngular chgeof0。9 deree nd bein sffiient t ree dynmc

33、ffects f iterest。 Fo a omptations，0 reolutona crie out。 The ast rvluin s usd to plo ime hois o peur fluctuatis, wilethe at 6evion are ue to eormFurie transmation of tie dain results. 时间步长被选择如此那个一亚军革命被分为40时间步相应的一个有角的09的改变学位，足以解决动态兴趣效能。尽管计算,0场革命被进行。最后革命被过去常常情节时间毒理学史压力波动,而最后6场革命被过去常常演出时域的傅立叶变换结果。 The h

34、ih rotion dvctinhme CFX, thecond orer bckward l method foime inteaion,and th k- turbuene odl wi calable alctions areud。 he RMS esidualtrget i setto 1-5for velcity compents ad pessur t ensre onverd slti。 eteen roatng an stationay omoet，cirumfenia aveging is se orstad sate caculations an a anent rotao

35、r intrfce or unstedysimuatins e stead ste oluto itaken s ntial onition r nte simulation。 nerflctingacus unry cnditioniplmentd in CFX do ntork roperly forhigh psu lutuatios, a special technique is introce b meansf usr sbroutsto ry eflection f acostical wae atntand uet bondriesando improve teconvegee

36、ehavo. 高分辨率平流都会利用氟类材料的方案，二阶落后欧拉方法给时间积分,k湍流模型同延展的墙功能被使用.均方根剩余的目标设置在05为速度元件和压力确保汇集解。在轮流之间,固定的的元件,圆周的平均被用于稳态数,一个瞬态电流定子接口为非定常模拟.稳态解被采取由于初始条件为非定常模拟.稳态解被采取像初始条件为非定常模拟。自从非反射的声边界条件执行在都会利用氟类材料不工作妥善为高压力波动，一个特殊技术处理被介绍用用户子程序补救声学的反射波在进出口管径边界,改善收敛行为。Mnto pintsU1， R2， and RU3arefe on tecenterline of rnner chanl， w

37、hilemitr oint 1 s lcatein valsspace i te statona domainclse t h rto-stto inerace, e Fig4（）.In orde oraspoeaoutic efectsredited in modelsce imulatins to prototpcditon,th imliied upturine cnfiguratinn moe scale imulatd wthan aptedso spedf 348 mswhc rspods to a vue 100 m/s in prootype scae。T omp ynamce

38、cs in ifert scaes,freqeciesare divided by th rottonal freenc he unner fra peure fluctuaons are nralz accodng t were ots the tie averaedprssure， heternal unner radius， and h agrfrequ of tuner eed。 监测点u1，ru2，r被确定在中心线的一个运动渠道，而监测点14被在某一点设置vanees空间在固定域离近转子定子接口,看图4（b）。 为了转音响效果预测在模型比例尺模拟原型条件,简化水泵水轮机组态在模型比例

39、尺被模拟同一个适应38的声速米-符合1100的值米s在原型规模。比较活跃的影响在不一样的规模,频率被除以跑步者的转动频率神父,压力波动被归一据哪里所说秕谷表示时间平均压力,r0外部跑步者半径,跑步者的角频率速度。3。2Resutsiehistories f presure fluctuation masured in te rottpe （xpeimenal) ae cmpred hnrical rulta onior poit14 in vaneless spce i the taiona frame f referee, see Fig。 （a) Inthe protote, the dy

40、naicpressure in anels spcews measuedtha fluh ound presue sensor of he type PCB 111/B Th bac lineeprenthe pssil smultoin model scale wthdedspeed o sud, the d le the opesle mutin ototyecae, andt lu linetincompressbe simlaio in prtoty sale. Bohexermentl adumercal rsults ae lrly perodicaladstal。 The agr

41、emet between measreen ad alsimulations isquite od。Hwvr, e mptud f theecnd no-sip wallelip al inlt outlet harmonc cnt be aure accuratly by he incopressbe simulatio，but s we preced by cmpeiblimlations，e th slpicure in Fig。 5 (a) ith enlargdme hisoies f normlzedressue lctutioPresurfuctains ofhe dffrnt

42、compresbeilatins re ver simir Deiations may be exained by fferent reslution f bondry laer efects in rtotpeandodel e。 32结果 时间毒理学史压力波动测量在原型(实验）被比较数值结果在监测点4在anelss空间在静止的参照系，参照图5（）。在原型，动态压合vaeless空间被测量同一个直接的山类型的压力传感器印刷电路板121a1/水.黑线代表可压缩的模拟在模型比例尺同适应声速,红线可压缩的模拟在原型规模，蓝线不可压缩的模拟在原型规模.实验,数值结果明确地期刊和马厩。协议在测量之间，

43、所有模拟相当好。然而,振幅的第二没有的滑墙自由的滑墙壁的的进口插座谐波不能被捕获准确由不可压缩的模拟，观察图5中的小图片,同放大时间毒理学史归一压力luctuatons.pressue的波动不同可压缩的模拟非常相似。差异可说明以不一样的决议的边界图层效果在原型,模型比例尺.差异可说明以不一样的决议的边界图层效果在原型，模型比例尺.Freucy sectra of pressre flucatins from neril reslts ae gve i Fi. 5 （b). he peaksorrespond t thelad passng frequc fBP= 9 fr（freecy ofr

44、oatin imesnumbe o runnerblades） and hgher hmnic Fo te firt harmonic (/fr= ), ressre ampltude are nealy equal fo al yes of simlati.he most igniiat diference bewen cmresse n ncompressibl smltion arses at te scod rmocoth blade passngfrequenc （f/fr 18), whee orssibemlatios exhbit ghe amplides than incom

45、ressble siulatos. arin coressiblesmlatins inmoel an protype scale， rssur fluuation aliudes a lmost qufr al hronic。频率压力波动的光谱从数值结果在图5（b）中给出。高峰符合叶片通过频率fbp=fr（自转的频率倍转轮叶片的数），它的高次谐波。为一次谐波（f为返回整型值的函数f/fr=），压力振幅将近相同尽管类型模拟。大多数重大的差异在可压缩的之间,不可压缩的模拟出现在二次谐波的叶片通过频率(f为返回整型值的函数f/f=8），可压缩的模拟展览更高的振幅比不可压缩的模拟.比较可压缩的模拟在

46、模型和原型规模,压力波动振幅几乎相等尽管谐波。Loking a tme stories ancorresonding frqueny spectra o mlizd pressureflutuationsinsdeof runer channl closetohetuineinlet(mnitr oint1）， tw oinantfreqencies n be detcted, se Fig6.On teone handte qencofner rotation fr ad n the other had tegate passng feqency fGPF = 20fr （frqncrota

47、ton timesnum o wicket gate)。 Te mlitdeat fr whic is cased by the siracase is comparableto the mpliude t fF dshodb csidered fr fatgue lif ealutis, too At fGPF, ressurefluctations o cmpresile simltio exc hose of te icompressilslaio clearly. I onrast, presure fluctuains f copessb simulaisinoel cal wih

48、aaptd speed of sound and in prttype sc r amost equa 查阅历史，对应频率归一的光谱压力波动一个运动的内渠道离涡轮近进口(监测点r），二个主导频率可以被检测，看图6。一方面，另一方面门经过频率fgp20fr（自转的频率时间边门的数门）。振幅在fr被造成蜗壳比得上振幅在fgp，将也被视为为疲劳寿命评价.在fgf,可压缩的的压力波动模拟超过那些的不可压缩的模拟明确地。相反,可压缩的的压力波动模拟在模型比例尺同适应声速，在原型规模几乎相等。ig.6Comrisonofssue lucatns n tme domain （a) and requencom

49、ai （）amonitor pontR125thIAHRSyposum o ydraulic Mher an System I PblihingO Conf Sees: ath and EvironmtalScene 12 (21) 01208 doi:0.1088/551315/2/10RU1 2 RU3r eter underandingof heifluence o water comressibilty on pesre fluctions inside f runr hanl, reue amplitde fom th differentulationsbeonging to the

50、gatepasin freuency fGPFacompaed in g。 7()t montor points RU1， RU2, and U3 In addition to th onc ed of a0 1100 ms，cpresslresult irotype cal re ivalso fo0= 900 m/s an a0= 1300 m/s。 Cmparing ressurfctuton aplitude f th modelscaesimationwih adated soni spee of a0= 3mswi correspodig ptotyp scale reslts f

51、ora0=110 /s，oo aremt is observed i htly maller alitudes inmodeclesmulatons.Considering hat th distance etween onitoins RU2 ad R3 larger tha he distac beten U1nd RU2, ressre ampli o the incomprssible smuln ecese linearl alog eneines f runnrchnnl In otrs， pressureamplits of cmpeslimulatos exhiit sinsoidaisriutions。 Thisbehavio cncdes with a impliid nalialpproach of ondienoal acustic, n F。 (b)，r s telength f a runer channel and a0/f te acstic welength。 The lnapressre aractestic（L/1/） s id forncompressible fuid， dwih incengcopressblity (derin sc sed ad wavngh) he siusoida presure characterisic