NUMECA的数值计算模块Fine/Turbo的5种定常交界面方法

商用软件NUMECA的数值计算模块Fine/Turbo提供了5种定常交界面方法，分别为当地守恒(localcon servative coupling)法､周向守恒(conservative coupling by pitchwise rows)法､完全非匹配混合界面(full non matching mixing plane)法､一维无反射边界(non reflecting1-D)条件以及完全非匹配冻结转子(full non matching frozen rotor)法;前3种同属于混合交界面模型，仅在混合过程(mixing process)的参数传递上有所区别。

1、完全非匹配混合界面法

完全非匹配混合界面法基本计算步骤为：① 流动参量从内部网格节点外推到边界网格；② 交界面两侧各自内插值到相同径向位置的网格点；③ 对变量进行周向平均并用低松弛方法处理以保持计算稳定，依据交界面的不同类型进行“混合”过程；④ 混合完成后流动参数再内插值回交界面两侧的初始网格。

当地守恒法首先判断交界面上下游的流动状态（超／亚声速进／出口条件），依据判定结果进行通量或静压的传递即混合过程。具体实施流程如下：若交界面一侧为超声速进口，则其平均通量和平均静压向另一侧传递；若该侧为亚声速进口，则只向另一侧传递平均通量；若该侧为亚声速出口条件，则其平均静压由另一侧决定；若其为超声速出口，则不向另一侧传递任何信息。

周向守恒法的混合过程则直接根据流动方向来传递交界面两侧的通量：上游通量由上游当地通量和下游平均静压决定；下游通量由上游平均通量和下游当地静压决定。

完全非匹配混合界面法则引入完全非匹配（full non matching）技术，通过在交界面初始网格间建立虚拟网格（image mesh），消除交界面两侧网格必须匹配连接的限制，代之以更宽松的完全非匹配边界条件，应用范围得到极大拓宽。该界
面方法仅在参数混合过程有所区别：首先用完全非匹配技术在初始网格和虚拟网格之间建立插值关系，随后同周向守恒法一样完成交界面两侧虚拟网格之间的参数混合，最后将两侧虚拟网格上的通量插值回初始网格。
由此可见，完全非匹配混合界面法的优势在于原理简单、编程操作和实现方法相对简便；同时增加了完全非匹配技术，对于复杂几何形状的交界面网格生成难度明显降低，适用于叶轮机械定常计算和性能预测。

２、一维无反射边界条件

虽然完全非匹配混合界面法的数学原理和实现方法相对简单，实际应用比较广泛，但是在相邻叶排轴向间隙非常小的情况下，尾迹与下游叶排的干扰过程中由非定常压力场和速度场所引起的对流作用就会变得十分强烈，叶排交界面两侧的强反射作用将直接影响到数值计算的精度，因而完全非匹配混合界面法不再适用于处理这类交界面的参数传递问题。一维无反射边界条件的提出
正是基于叶排交界面处黏性作用相对较小的考虑，采用线性 Euler方程将尾迹作为非定常进口条件来处理，将从计算域出射到叶排交界面上的扰动波滤掉而不是反射回计算域，这样就不会影响非定常计算的物理解。

３、完全非匹配冻结转子法

冻结转子顾名思义就是假定转子不动，适用于定常计算。但与完全非匹配混合界面法的不同之处在于转子和静子之间的信息不是简单切向平均，而是通过插值而来，这样就充分考虑了气流参数沿周向分布的不均匀性。采用冻结转子法处理转／静叶排交界面，转子和静子的相对位置不变，因此其计算的最终流场代表的是非定常计算某一特定时间点的流动状态。NUMECA 软件所采用的冻结转子法同样引入了完全非匹配技术，对转／静叶排交界面的处理方式同叶片约化法基本一致，差异之处是不再考虑与转子相连接的虚拟网格的转动，计算的流场是定常流动状态。完全非匹配冻结转子法必须满足叶排交界面的周期性边界条件，若上、下游动静叶片数目不等，首先需进行叶片约化处理：K1P1=K2P2，使约化后的叶片数比例为1，K1、K2 表示叶排交界面上、下游转子数；P1、P2表示上游栅距。

完全非匹配冻结转子法的优点在于充分考虑了动／静叶排交界面流场参数的周向不均匀性，但缺点是必须满足交界面两侧的周期性条件，通常情况下都要进行叶片约化处理，使前后叶片数等于１∶１。