NUMECA培训课程体系（选修）

本课程体系结合企业实际人才需求与NUMECA技术发展路线，按照叶轮机械CFD仿真全流程专题分类，涵盖从几何前处理到网格划分、从求解计算到后处理、从参数化造型到多学科优化的完整知识体系，共分为六个技术专题。每个专题均结合NUMECA官方工具链与工程实践。

专题目录

专题一：NUMECA软件平台与叶轮机械CFD基础

专题二：AutoGrid5结构化网格划分技术

专题三：FINE/Turbo求解器设置与数值模拟

专题四：CFView可视化后处理与结果分析

专题五：AutoBlade参数化造型与拟合技术

专题六：Design3D多学科优化设计

 

课程体系概述

NUMECA系列软件是全球领先的叶轮机械CFD仿真与优化平台，其核心产品包括IGG/AutoGrid5结构化网格生成模块、FINE/Turbo求解器、CFView后处理模块、AutoBlade参数化造型模块以及Design3D多学科优化平台。软件采用先进的数值算法和自动化网格技术，专门针对轴流/离心压气机、涡轮、风机、泵等旋转机械进行高精度流场仿真与性能优化。本课程体系参考了中科信软、曙海教育等专业培训机构的课程设置以及NUMECA官方技术文档，按照从基础入门到高级优化的进阶路径设计，确保课程内容的系统性、先进性和实用性。

 

专题一：NUMECA软件平台与叶轮机械CFD基础

培训目标

• 熟悉NUMECA软件体系结构与各模块功能

• 掌握叶轮机械CFD仿真的基本理论与流程

• 理解旋转机械的几何特点与流动特征

• 具备NUMECA软件平台的基本操作能力

培训内容介绍

1. NUMECA软件体系概述：NUMECA系列软件发展历程，核心模块功能（IGG/AutoGrid5、FINE/Turbo、CFView、AutoBlade、Design3D、Monitor），各模块之间的数据传递关系，适用领域（轴流/离心压气机、涡轮、风机、泵、风扇）

2. 叶轮机械CFD基础：旋转机械流动特点，叶轮通道内的二次流、间隙泄漏流、激波等复杂流动现象，叶轮机械性能参数（压比、效率、流量、功率），特性曲线与工作线概念

3. CFD分析基本流程：几何前处理、网格划分、求解设置、计算求解、后处理分析的完整工作流，NUMECA软件在其中的角色，算例管理方式

4. 软件界面与基本操作：FINE/Turbo主界面布局，项目管理器，各模块启动方式，文件组织结构，单位制设置，材料库管理

5. 必要的几何前处理：叶轮几何数据要求，叶片型线数据格式，hub/shroud轮廓线处理，叶片数设定，进出口延伸段处理

6. Monitor监控工具：Monitor模块功能，残差曲线监控，计算收敛判定，实时监测计算状态，计算错误报警与诊断

7. 并行计算环境配置：多台PC分布式并行设定，用户管理（添加用户、创建本地路径），配置文件（rhost.txt）设置，pvm管理，任务管理器（Task Manager）中的Host Definition配置，单PC多CPU并行设定

8. 湍流模型基础：叶轮机械常用湍流模型（Spalart-Allmaras、k-ε、k-ω、SST），转捩模型的选择，近壁面处理与y+值控制

9. 边界条件类型：进口边界（总压、总温、速度方向），出口边界（静压、质量流量），周期性边界，固壁边界（滑移、无滑移），转静交界面（混合平面、冻结转子）

10. 工质物性定义：理想气体，真实气体，可压缩与不可压缩设置，变比热处理，多组分气体定义

11. 计算资源估算：网格规模与计算资源的关系，并行效率评估，内存需求估算，求解时间预估

12. 综合实践：Rotor37/HPCC标准算例的完整仿真流程认知

 

专题二：AutoGrid5结构化网格划分技术

培训目标

• 掌握AutoGrid5自动结构化网格生成原理

• 能够进行轴流/离心叶轮的高质量网格划分

• 理解网格拓扑结构与质量控制方法

• 具备复杂叶轮几何的网格处理能力

培训内容介绍

1. AutoGrid5模块概述：AutoGrid5功能定位，自动结构化网格生成原理，HOH、I型、蝶形拓扑特点与选择，网格模板应用

2. 几何数据准备：叶片几何数据格式（GeomTurbo、CFX、STL等），hub/shroud轮廓线文件要求，叶片数设定，叶片安装角与掠、倾处理

3. 轴流压气机网格划分：单排轴流叶栅网格划分，多级轴流压气机网格设置，级间网格匹配，进出口段网格延伸

4. 轴流涡轮网格划分：涡轮叶片特征（高转折角、强曲率），网格拓扑优化，冷却结构简化处理，多级涡轮网格划分

5. 离心叶轮网格划分：离心叶轮几何特点，分流叶片处理，叶顶间隙网格，扩压器与蜗壳网格衔接

6. 网格拓扑控制：网格线分布控制，近壁面网格加密（边界层），流向网格点分布，展向网格点分布，周向网格点分布

7. 叶顶间隙处理：间隙网格生成技术，间隙大小设定，间隙内网格质量控制，泄漏流模拟精度影响

8. 网格质量评价：网格质量指标（最小角、长宽比、膨胀率、正交性），质量报告解读，质量不合格区域的诊断与修复

9. 高级网格控制：局部加密区域设置，网格变形技术，网格光顺处理，非匹配网格界面设置

10. 批量网格生成：多工况/多排网格批量生成，脚本录制与自动化，网格模板复用

11. 网格文件管理：网格文件格式（.igg、.gp），网格导入导出，网格格式转换，网格版本兼容性

12. 综合实践：轴流压气机/离心叶轮完整结构化网格划分流程

 

专题三：FINE/Turbo求解器设置与数值模拟

培训目标

• 掌握FINE/Turbo求解器的完整设置流程

• 能够进行定常与非定常数值模拟

• 理解收敛性判断与计算错误排查方法

• 具备叶轮机械性能仿真计算能力

培训内容介绍

1. FINE/Turbo求解器概述：求解器功能特点，基于压力修正法的求解算法，时间推进格式，空间离散格式，多重网格加速收敛技术

2. 算例设置流程：算例创建与命名，网格文件加载，计算域定义，参考值设置，计算类型选择（定常/非定常）

3. 工质与物性设置：理想气体模型，真实气体模型，气体混合物，变比热容设置，输运属性（粘度、导热系数）定义

4. 湍流模型选择与设置：Spalart-Allmaras模型参数，k-ε模型变种，k-ω模型与SST模型，转捩模型（γ-Reθ）设置，近壁面处理方式

5. 转静交界面处理：混合平面法（Mixing Plane）原理与设置，周向平均方式，冻结转子法（Frozen Rotor）应用，非定常交界面（滑移界面）

6. 边界条件施加：进口边界（总压、总温、气流角、湍流度），出口边界（平均静压、径向平衡），周期性边界，固壁边界（绝热/等温、滑移/无滑移）

7. 初场设置：均匀初场，非均匀初场，初场导入，初场对收敛性的影响

8. 求解参数控制：CFL数设置与调整，松弛因子，时间步长控制，多重网格层数，收敛精度设置

9. 定常计算设置：定常计算流程，迭代步数设置，收敛残差目标，监测点设置，计算结果自动保存

10. 非定常计算设置：非定常计算原理，物理时间步长确定，每时间步内迭代次数，转子-静子相互作用的非定常模拟，叶尖间隙非定常流动

11. Monitor残差监测与收敛判定：Monitor模块实时监控，残差曲线解读，全局变量（流量、压比、效率）监测，收敛标准（残差下降3-4个量级、参数稳定），发散问题诊断

12. 综合实践：Rotor37/HPCC/GE E3定常与非定常完整求解流程

 

专题四：CFView可视化后处理与结果分析

培训目标

• 掌握CFView后处理模块的基本操作

• 能够进行流场可视化与性能参数提取

• 理解叶轮机械专用后处理方法

• 具备自动化后处理与报告生成能力

培训内容介绍

1. CFView模块概述：CFView功能特点，数据加载方式，视图控制，显示属性设置，多窗口管理

2. 子午面视图（Meridional View）：子午面流场显示，流线绘制，马赫数/压力/温度分布云图，性能参数沿流线分布

3. 叶间截面视图（B2B View）：不同叶高截面（5%、50%、95%）的流场显示，叶栅通道内速度矢量，压力等值线，极限流线

4. 三维可视化：叶片表面压力分布，三维流线绘制，涡核识别，三维等值面（激波、分离区），体绘制技术

5. 叶片表面数据提取：叶片表面压力系数（Cp）分布，极限摩擦力线，叶片载荷分布（压力面/吸力面），附面层发展

6. 性能参数计算：质量流量积分，总压比计算，总温比计算，等熵效率/多变效率计算，扭矩与功率计算

7. 定量数据提取：探针点数据，沿曲线数据，截面平均，流量平均，面积平均，数据导出（文本、Excel格式）

8. Macro录制与自动化：Macro功能简介，常用操作录制，批处理脚本编写，自动化后处理流程

9. 动画制作：瞬态结果动画，旋转动画，流线动态显示，动画导出格式（AVI、MP4）

10. 计算结果对比：不同工况结果叠加对比，实验数据与仿真数据对比，不同设计方案对比，误差分析

11. 报告生成：后处理图像导出（高质量位图、矢量图），数据表格生成，报告模板定制

12. 综合实践：压气机/涡轮完整后处理与性能分析报告生成

 

专题五：AutoBlade参数化造型与拟合技术

培训目标

• 掌握AutoBlade参数化造型的基本原理

• 能够进行轴流/离心叶轮的参数化建模

• 熟悉AutoFitting拟合技术

• 具备为优化设计准备参数化模型的能力

培训内容介绍

1. AutoBlade模块概述：AutoBlade功能定位，参数化造型方法（基元叶型参数化、中弧线+厚度分布），与Design3D的接口

2. AutoBlade造型方式：基于几何参数的造型（安装角、弦长、稠度），基于中弧线+厚度分布的造型，基于压力面/吸力面型线的造型，Bezier曲线/B样条曲线控制

3. 轴流叶轮参数化：轴流叶轮几何特征，子午流道参数化（hub/shroud曲线），叶型参数（前缘半径、尾缘半径、最大厚度、位置），积叠线定义（掠、倾）

4. 离心叶轮参数化：离心叶轮几何特征，子午流道参数化，叶片角分布，厚度分布，分流叶片参数化

5. AutoFitting拟合方法：AutoFitting功能原理，基于已有几何的逆向拟合，拟合精度控制，拟合参数提取

6. 拟合操作流程：导入参考几何（网格文件、点云、CAD），设置拟合参数，运行拟合计算，拟合结果评估与验证

7. 拟合结果调整：拟合误差分析，局部参数调整，光顺处理，多排叶片一致性检查

8. 为Design3D准备模型：参数化模型导出，设计变量定义，变量范围设定，约束条件设置，目标函数关联

9. 全流程实例演示：从已有几何通过AutoFitting建立参数化模型，为后续优化设计准备的全过程

10. 参数化模型库管理：参数化模板保存，模型库组织，设计经验复用

11. 文件组织与清点：AutoBlade项目文件结构，文件命名规范，版本管理，项目归档

12. 综合实践：轴流/离心叶轮参数化建模与拟合完整流程

 

专题六：Design3D多学科优化设计

培训目标

• 掌握Design3D优化平台的原理与流程

• 能够搭建CFD自动化优化程序链

• 理解优化算法与目标函数设置

• 具备叶轮机械多目标优化设计能力

培训内容介绍

1. Design3D模块概述：Design3D功能定位，优化原理（实验设计+近似模型+全局优化），模块组成，与AutoBlade/FINE/Turbo的集成

2. 优化流程总论：设计变量定义，样本生成，CFD分析，近似模型构建，优化算法寻优，最优解验证的全流程

3. AutoBlade参数关联：从AutoBlade导入参数化模型，设计变量选择（叶片角、厚度分布、子午流道等），变量范围设定，约束条件定义

4. CFD程序链搭建：自动化网格生成（AutoGrid5调用），求解器设置（FINE/Turbo批处理），后处理与性能参数提取，程序链集成与测试

5. 样本生成方法基础：实验设计（DOE）方法（全因子、正交试验、拉丁超立方、最优拉丁超立方），随机样本生成，用户自定义样本

6. 样本生成操作：样本数量确定，样本分布控制，边界样本处理，样本生成过程监控

7. 样本需要考虑的因素：设计空间覆盖性，非线性响应捕捉，样本集规模与计算资源平衡，重复样本处理

8. 近似模型（响应面）：神经网络算法简介，RBF（径向基函数）模型，Kriging模型，响应面精度验证

9. 优化罚函数和目标函数：目标函数定义（效率最大化、压比特定值），约束条件处理（流量范围、攻角限制），罚函数设置，多目标优化权衡

10. 优化设置说明：优化算法选择（遗传算法、梯度算法、混合算法），收敛条件设置，优化参数调整，计算资源分配

11. 优化计算的操作与判断：优化进程监控，收敛性判断，Pareto前沿分析，最优解筛选，候选方案CFD验证

12. 综合实践：多级轴流/离心叶轮气动优化完整设计流程

 

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