[發明專利]一種轉子-滑動軸承系統潤滑流域動網格并行計算方法

有效

• 申請號: 202110129556.0
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112949112B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 李強;劉清磊;唐心昊;李斌;許偉偉;劉兆增;王振波
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 陳曉思

1.一種基于結構化動網格的轉子-滑動軸承系統潤滑流域并行計算方法，包括潤滑流域前處理操作、并行模擬計算設置操作、結構化動網格計算操作、流域計算操作、后處理操作步驟，其特征是：

第一步，潤滑流域前處理操作：

S101建立研究對象為剛性圓柱形轉子與剛性固定瓦圓柱形滑動軸承系統間隙潤滑區域及潤滑通路流道，將間隙潤滑區域及潤滑通路流道定義為潤滑流域；將滑動軸承與轉子間隙流域定義為結構化動網格區域，簡稱動網格區域，將轉子-滑動軸承系統的進油孔、油楔的潤滑通路流域定義為混合網格區域；

S102建立轉子-滑動軸承潤滑流域網格離散模型，所述動網格區域采用結構化六面體網格劃分，所述混合網格區域采用混合網格劃分；

第二步，并行模擬計算設置操作：

S201讀取步驟S102中網格，利用計算流體力學軟件在并行計算環境下讀取網格離散模型；

S202網格分區，利用并行分區算法根據計算節點的個數對離散模型區域分解并分別映射到各個計算節點；

S203設置邊界條件和單元區域條件；

S204設置計算條件與計算參數進行穩態計算，保存計算結果；

第三步，結構化動網格計算操作：

編譯并加載基于并行計算環境的自定義程序文件，該自定義程序文件包括流場區域識別、數據記錄、數據匯總、數據傳遞、數據寫入操作；

第四步，流場計算操作：

更新計算條件，在并行計算環境下進行動網格區域內網格的移動與流場計算包括：

S401開始；

S402識別上一時間步軸心初始位置坐標；

S403計算各分區軸頸面所受到的非線性油膜力；

S404主節點接收并傳遞累加之后軸承軸頸面所受的非線性油膜力，輸出文件；

S405計算軸頸面移動加速度、速度及位移信息；

S406更新網格節點坐標；若網格節點坐標已更新，進入步驟S407；

S407記錄計算時間并更新軸頸中心坐標；

S408主節點接收軸頸中心坐標和計算時間信息，輸出文件；

S409流場計算；

S410若計算時間步設定計算時間步，計算結束；否則，返回步驟S402；

第五步，后處理操作：

將計算所得數據進行導入并分析，并得到軸心軌跡時域圖與頻域圖；

上述第二步，并行模擬計算設置操作中S202所述的離散模型區域分解具體的結果為計算區域內的網格被分解為內部網格和外部網格，內部網格位于網格區域內部，而外部網格實現了網格區域中邊界網格的信息傳遞；同時，每個分區的邊界面將被復制到相鄰區域的計算節點中，每個計算節點都能夠獲取相鄰區域的面的信息；

第二步并行模擬計算設置操作中S203所述的設置邊界條件和單元區域條件具體操作為：潤滑流域為考慮空化效應的氣液兩相流的層流流動，潤滑流體進出口為壓力邊界條件，潤滑流域軸頸表面為轉動面；S204所述的設置計算條件計算為采用SIMPLE算法進行穩態計算以消除初始值對瞬態計算潤滑流域的影響；

上述第四步，流場計算操作中所述的更新計算條件為保留穩態計算的結果的基礎上采用PISO算法，還包括以下步驟：保證各個計算節點的負載保持相對平衡，設置動網格動態負載平衡的閾值為20％，設置計算時間步與時間步長；

上述第四步，流場計算操作中所述的S403計算各分區軸頸面所受到的非線性油膜力，包括以下步驟：并行計算環境下，轉子-滑動軸承系統分為主節點和計算節點，在每個計算節點上識別動網格區域并判斷網格是否需要更新，動網格區域為結構化的油膜間隙的網格流域；檢索軸頸表面離散單元，識別并行分區域操作之前存在的離散單元即主離散單元，提取每個軸頸表面主離散單元中的壓強數據信息與面積數據信息，將各個計算節點計算出的軸頸表面受到壓強數據和面積信息相乘并累加得到各個分域中軸頸表面受到的非線性油膜力，具體計算公式為；

其中，h為區域的編號，和為編號為h分域中的軸頸面所受的非線性油膜力，n為各個分域中軸頸面主離散面數量，p_xi和p_yi為程序提取出的各分域內軸頸面的壓強數據，A_xi和A_yi為程序提取出的各分域內軸頸面的面積數據；

利用程序文件中的函數宏PRF_GRSUM對各個分域獲得的非線性油膜力全局求和得到總控制域內軸頸表面所受到的非線性油膜力，并將得到的總控制域內軸頸表面受到的非線性線性油膜力發送至包括主節點的各個節點，函數宏PRF_GRSUM可以完成向各個計算節點傳遞軸頸面所受到的非線性油膜力，函數宏NODE_TO_HOST_REAL_N可以完成向主節點傳遞軸頸面所受到的非線性油膜力，其中函數宏PRF_GRSUM所完成的累加功能所對應的公式如下：

其中，F_x和F_y為潤滑流域內軸頸表面受到的非線性油膜力，k為并行計算節點的數量，和為編號為l分域中的軸頸面所受的非線性油膜力且1≤l≤k。