冻结转子法

旋转体与静止体的相对位置固定进行定常解析的手法。动叶的坐标置于旋转系中，静叶的坐标置于静止系中，但在界面处不进行周向平均，而是"直接"传递信息。

以下情况适用。

正是如此。但结果取决于叶片与蜗壳的相对位置。为了精确评估，应在多个相对位置进行计算并求平均，或最终过渡到滑动网格。

将域界面的类型设定为"冻结转子"即可。当节距比不是1:1时，"节距变化"选项会自动进行缩放插值。注意是GGI面两侧的网格节距应大致相同。

是的。比如在离心泵中，叶片位于蜗壳舌部正面的情况与偏离的情况相比，扬程可能会变化5～10%。这是冻结转子法本质上的局限性。

把单一位置的结果直接作为性能值报告是危险的。推荐做法是在叶片节距的1/3～1/2间隔处计算3～5个相位位置，然后求平均。

是转子和定子的1个节距的角度比。比如转子7片（节距51.4度），定子12片（节距30度），节距比就是51.4/30=1.71。在冻结转子法中，界面两侧必须以某种方式处理这个节距差。

正是这样。冻结转子是"快速近似"，混合平面是"稳定的定常近似"，滑动网格是"物理上正确的非定常解析"。这是三者的定位。

典型的构成如下。

蜗壳的截面形状沿螺旋方向变化，TurboGrid无法生成。用Ansys Meshing或Fluent Meshing的非结构网格，或STAR-CCM+的自动网格。将截面形状沿扫掠方向排列，形成六面体为主的网格会比较有利。

舌部是叶轮出口流与再循环流相碰撞的区域，压力梯度陡峭。网格必须特别细密。另外，冻结转子中叶片与舌部的相对位置决定了流场，所以压力脉动评估必须用滑动网格。

可以，但推荐每个流量点都进行多相位平均。步骤如下。

所以实务中常见的做法是：用冻结转子快速评估设计点附近的1～2个点，最终性能特性曲线通过滑动网格非定常计算来确定。

名称与设置方法有差异。

Fluent的MRF中界面两侧必须覆盖相同的角度范围。节距比不同的情况需要构建全周模型或整数比的扇形模型。这点CFX更灵活。

1. 尾迹冻结：叶片后流被固定在某个位置，对下游的影响可能过大或过小

正是这样。直接把冻结转子结果作为最终设计依据是危险的。必须用滑动网格进行验证，或至少通过多相位平均来评估不确定性。

弗朗西斯水车和卡普兰水车的初期设计中经常使用。由导流叶→导叶→转轮→尾水管的4个域构成，转轮前后设置冻结转子或混合平面。

尾水管内会产生转轮出口余旋流形成的涡绳（涡核）。这是非定常现象，冻结转子无法捕捉。部分负荷下的涡绳引起的压力脉动评估必须用滑动网格。

IEC 62006是关于水力涡轮机CFD应用的指南。对网格品质、湍流模型、边界条件的推荐事项有所规定。冻结转子进行的定常计算广泛用于生成效率希尔图。

以单位流量 $Q_{11}$ vs 单位转速 $N_{11}$ 的平面上，用等高线显示效率的图表。

是的。每个点用冻结转子仅需数小时，并行计算数天即可完成。但滑动网格每点需1天，100点就不现实了。

有多个原因。

节距比超过2时，插值导致的数值过冲容易发生。考虑用最大公约数构建扇形模型。

当然。从旋转坐标系相对速度向静止坐标系绝对速度变换时，大的不连续会恶化收敛。初期条件用前面运行点的解，或采用转速斜坡（逐步提升转速）有效。

界面两侧网格大小相差过大会降低插值精度。旋转侧与静止侧界面附近的单元大小应大致相同（比例1:2以内）。

CFX中通过Expert Parameter设置，逐步增加转速。比如针对目标3000rpm，先用300rpm运行100迭代，再1000rpm，最后3000rpm。Fluent中在UDF内将区域动作转速定义为时间函数。

可以。CFX可以将冻结转子结果文件（.res）作为滑动网格计算的初始条件重启动。这样能大幅缩短非定常计算的启动时间。

设计流程来说，冻结转子快速概算→滑动网格精细化这个两阶段方法最有效率。