The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts
The question of the difference mesh refinement degree influence on the results of calculation of the three-dimensional viscous gas flows in the flow parts of turbomachines using the RANS flow models and second order numerical methods is considered. Calculations of flows for a number of turbine and c...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/227510 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-227510 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Ершов, С. В. Яковлев, В. А. |
| spellingShingle |
Ершов, С. В. Яковлев, В. А. The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts |
| author_facet |
Ершов, С. В. Яковлев, В. А. |
| author_sort |
Ершов, С. В. |
| title |
The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts |
| title_short |
The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts |
| title_full |
The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts |
| title_fullStr |
The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts |
| title_full_unstemmed |
The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts |
| title_sort |
influence of mesh resolution on 3d rans flow simulations in turbomachinery flow parts |
| title_alt |
Влияние сеточного разрешения на 3D RANS моделирование течений в проточных частях турбомашин Вплив сіткового розділення на 3D RANS моделювання течій у проточних частинах турбомашин |
| description |
The question of the difference mesh refinement degree influence on the results of calculation of the three-dimensional viscous gas flows in the flow parts of turbomachines using the RANS flow models and second order numerical methods is considered. Calculations of flows for a number of turbine and compressor grids on successively refining grids have been performed. We used H-type grids with approximate orthogonalization of cells in the boundary layer. The calculations were carried out using a CFD solver F with the use of an implicit ENO scheme of the second order, a local time step, and a simplified multigrid algorithm. When calculating the flow on fine grids, the following were used: convergence acceleration tools implemented in the solver; truncation of the computational domain with subsequent distribution of the results based on the symmetry property; the computational domain splitting into parts and computations parallelizing. Comparison of the obtained results is carried out, both in terms of qualitative resolution of the complex structure of three-dimensional flows, and in terms of quantitative assessment of losses. Grid convergence was estimated in two ways. In the first, the characteristic two-dimensional distributions of parameters obtained on different grids were visually compared. The purpose of such comparisons was to evaluate the sufficient degree of solution of both the general structure of the flow in grids and its features, namely, shock waves, contact discontinuities, separation zones, wakes, etc. The second estimation method is based on the grid convergence index (GCI). The GCI calculated from the three-dimensional density field was considered in this paper. It is concluded that for scientific research requiring high accuracy of calculations and detailing of the structure of a three-dimensional flow, very fine difference meshes with the number of cells from 106 to 108 in one blade-to-blade channel are needed, while for engineering calculations, under certain conditions, it is sufficient to use meshes with the number of cells less than 1 million in one blade-to-blade channel. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/227510 |
| work_keys_str_mv |
AT eršovsv theinfluenceofmeshresolutionon3dransflowsimulationsinturbomachineryflowparts AT âkovlevva theinfluenceofmeshresolutionon3dransflowsimulationsinturbomachineryflowparts AT eršovsv vliâniesetočnogorazrešeniâna3dransmodelirovanietečenijvprotočnyhčastâhturbomašin AT âkovlevva vliâniesetočnogorazrešeniâna3dransmodelirovanietečenijvprotočnyhčastâhturbomašin AT eršovsv vplivsítkovogorozdílennâna3dransmodelûvannâtečíjuprotočnihčastinahturbomašin AT âkovlevva vplivsítkovogorozdílennâna3dransmodelûvannâtečíjuprotočnihčastinahturbomašin AT eršovsv influenceofmeshresolutionon3dransflowsimulationsinturbomachineryflowparts AT âkovlevva influenceofmeshresolutionon3dransflowsimulationsinturbomachineryflowparts |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:36Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:36Z |
| _version_ |
1809016167221690368 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2275102021-03-30T10:28:16Z The Influence of Mesh Resolution on 3D RANS Flow Simulations in Turbomachinery Flow Parts Влияние сеточного разрешения на 3D RANS моделирование течений в проточных частях турбомашин Вплив сіткового розділення на 3D RANS моделювання течій у проточних частинах турбомашин Ершов, С. В. Яковлев, В. А. The question of the difference mesh refinement degree influence on the results of calculation of the three-dimensional viscous gas flows in the flow parts of turbomachines using the RANS flow models and second order numerical methods is considered. Calculations of flows for a number of turbine and compressor grids on successively refining grids have been performed. We used H-type grids with approximate orthogonalization of cells in the boundary layer. The calculations were carried out using a CFD solver F with the use of an implicit ENO scheme of the second order, a local time step, and a simplified multigrid algorithm. When calculating the flow on fine grids, the following were used: convergence acceleration tools implemented in the solver; truncation of the computational domain with subsequent distribution of the results based on the symmetry property; the computational domain splitting into parts and computations parallelizing. Comparison of the obtained results is carried out, both in terms of qualitative resolution of the complex structure of three-dimensional flows, and in terms of quantitative assessment of losses. Grid convergence was estimated in two ways. In the first, the characteristic two-dimensional distributions of parameters obtained on different grids were visually compared. The purpose of such comparisons was to evaluate the sufficient degree of solution of both the general structure of the flow in grids and its features, namely, shock waves, contact discontinuities, separation zones, wakes, etc. The second estimation method is based on the grid convergence index (GCI). The GCI calculated from the three-dimensional density field was considered in this paper. It is concluded that for scientific research requiring high accuracy of calculations and detailing of the structure of a three-dimensional flow, very fine difference meshes with the number of cells from 106 to 108 in one blade-to-blade channel are needed, while for engineering calculations, under certain conditions, it is sufficient to use meshes with the number of cells less than 1 million in one blade-to-blade channel. Рассматривается влияние степени измельчения разностной сетки на результаты расчета трехмерных течений вязкого газа в проточных частях турбомашин при использовании моделей течения RANS и численных методов второго порядка. Выполнены расчеты течений для ряда турбинных и компрессорных решеток на последовательно измельчающихся сетках. Использовались сетки типа H с приближенной ортогонализацией ячеек в пограничном слое. Расчеты проводились с помощью CFD решателя F с использованием неявной ENO схемы второго порядка, локального шага по времени и упрощенного многосеточного алгоритма. При расчете течения на мелких сетках применялись: средства ускорения сходимости, реализованные в решателе; усечение расчетной области с последующим распространением результатов на основе свойства симметрии; разбиение расчетной области на части и распараллеливание вычислений. Проведено сопоставление полученных результатов как по качественному разрешению сложной структуры трехмерных потоков, так и по количественной оценке потерь. Сеточная сходимость оценивалась двумя способами. В первом из них визуально сравнивались характерные двухмерные распределения параметров, полученные на разных сетках. Целью таких сравнений было оценить достаточную степень решения как общей структуры течения в решетках, так и его особенностей, а именно, скачков уплотнения, контактных разрывов, отрывных зон, следов и пр. Второй способ оценки основывался на индексе сеточной сходимости (GCI). GCI может быть определен не только для интегральных характеристик течения, таких, как потери, силы и т. д., но и для трехмерных полей газодинамических параметров, в частности рассматривался GCI, рассчитанный по трехмерному полю плотности. Сделан вывод, что для научных исследований, требующих высокой точности расчетов и детализации структуры трехмерного течения, нужны очень мелкие разностные сетки, с количеством ячеек от 106 до 108 в одном межлопаточном канале, в то время как для инженерных расчетов, при выполнении некоторых условий, достаточно сеток с количеством ячеек менее 1 млн в одном межлопаточном канале. Розглядається вплив ступеня подрібнення різницевої сітки на результати розрахунку тривимірних течій в'язкого газу в проточних частинах турбомашин при використанні моделей течії RANS і чисельних методів другого порядку. Виконано розрахунки течій для ряду турбінних та компресорних решіток на послідовно подрібнюваних сітках. Використовувалися сітки типу H з наближеною ортогоналізацією комірок в примежовому шарі. Розрахунки проводилися за допомогою CFD розв’язувача F з використанням неявної ENO схеми другого порядку, локального кроку за часом і спрощеного багатосіткового алгоритму. При розрахунку течії на дрібних сітках застосовувалися: засоби прискорення збіжності, реалізовані в розв’язувачі; усічення розрахункової області з подальшим поширенням результатів на основі властивості симетрії; розбиття розрахункової області на частини і розпаралелювання обчислень. Проведено зіставлення отриманих результатів як за якісним розділенням складної структури тривимірних потоків, так і за кількісною оцінкою втрат. Сіткова збіжність оцінювалася двома способами. У першому візуально порівнювалися характерні двовимірні розподіли параметрів, отримані на різних сітках. Метою таких порівнянь було оцінити достатній ступінь розв’язку як загальної структури течії в решітках, так і її особливостей, а саме, стрибків ущільнення, контактних розривів, відривних зон, слідів та ін. Другий спосіб оцінки ґрунтується на індексі сіткової збіжності (GCI). GCI може бути визначений не тільки для інтегральних характеристик течії, таких, як втрати, сили і т. д., але і для тривимірних полів газодинамічних параметрів, зокрема розглядався GCI, розрахований за тривимірним полем щільності. Зроблено висновок, що для наукових досліджень, які вимагають високої точності розрахунків і деталізації структури тривимірної течії, потрібні дуже дрібні різницеві сітки, з кількістю комірок від 106 до 108 в одному міжлопатковому каналі, в той час як для інженерних розрахунків, при виконанні деяких умов, досить сіток з кількістю комірок менше 1 млн в одному міжлопатковому каналі. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-03-30 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/227510 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 1 (2021); 13-27 Проблемы машиностроения; Том 24 № 1 (2021); 13-27 Проблеми машинобудування; Том 24 № 1 (2021); 13-27 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/227510/227250 https://journals.uran.ua/jme/article/view/227510/227251 Copyright (c) 2021 Сергей Ершов, В. А. Яковлев http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |