關(guān)鍵要點

• 渦輪機械過程解決方案包括壓縮機、渦輪機、泵和類似部件，它們可以將流體能轉(zhuǎn)換為機械能，反之亦然。 

• 渦輪機械工藝解決方案的效率可能會因設(shè)計錯誤、能量損失、湍流、壓降等而損失，從而導(dǎo)致不同介質(zhì)中出現(xiàn)沖擊波或氣蝕等問題。 

• 通過對渦輪機械工藝解決方案中的應(yīng)力、應(yīng)變、能量損失、壓力變化和流動模式進行全面分析，CFD 仿真可實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化以提高機器效率。 

渦輪機械是現(xiàn)代工程的重要組成部分；它的用途包括航空航天、發(fā)電和汽車應(yīng)用。壓縮機、渦輪機和泵等渦輪機械過程解決方案使能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式以及在不同組件之間傳輸這些能量變得更加容易。效率是此類渦輪機械最受追捧的品質(zhì)，工程師應(yīng)將渦輪機械工藝方案的設(shè)計和優(yōu)化作為研究的重點。 

計算流體動力學(xué) (CFD)用于優(yōu)化渦輪機械部件的形狀和尺寸。CFD 能夠可視化流體流動行為并對其影響進行數(shù)值分析，是一種強大的工具。在本文中，我們將討論如何使用 CFD 設(shè)計和優(yōu)化渦輪機械工藝解決方案。 

優(yōu)化渦輪機械過程解決方案的效率

在渦輪機械工藝解決方案的設(shè)計中，效率研究從流動行為分析開始。流體與葉輪等渦輪機械部件相互作用的方式會影響產(chǎn)生的力和功率。在以下情況下，過程效率會降低：

• 由于壁摩擦和湍流耗散，存在能量損失。

• 由于設(shè)計不當(dāng)或流動不穩(wěn)定，流動從轉(zhuǎn)子表面分離。

• 氣蝕問題是由于流體壓力突然下降到蒸氣壓以下而引起的，從而導(dǎo)致氣泡的形成。 

• 沖擊波以超音速形成，引起流體壓力、溫度和密度的突然變化。 

工程師應(yīng)謹慎設(shè)計轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，以使流體和組件之間的能量損失最小，能量傳遞最大。這需要仔細分析流體行為、渦輪機幾何形狀和流動條件。 

CFD 模擬有助于分析通過渦輪機的流動。視覺方法提供了對壓力和速度變化、流動模式變化、能量損失等區(qū)域的洞察力。這些數(shù)據(jù)對于渦輪機械工藝解決方案的優(yōu)化具有重要意義。 

CFD 模擬：渦輪機械優(yōu)化最佳實踐

CFD 仿真的目標是詳細了解渦輪機械的性能。這是通過可視化流動模式和預(yù)測不同流動條件下的系統(tǒng)行為來完成的。對壓降、傳熱、湍流等量的分析及其與設(shè)計規(guī)范的比較使工程師能夠確定提高渦輪機效率所需的設(shè)計變更。

為此，CFD 模擬涉及以下一組最佳實踐。 

CFD 模擬最佳實踐

改進渦輪機械設(shè)計以實現(xiàn)最大能量傳輸

通過網(wǎng)格劃分、湍流建模和數(shù)值分析，CFD 促進了渦輪機械不同方面的優(yōu)化。

1. 研究渦輪機中的應(yīng)力和應(yīng)變有助于確定理想的材料特性。 

2. 通過渦輪機內(nèi)不同部件的流動模式分析可以幫助識別湍流、阻力、壓力損失或其他低效率區(qū)域。可以調(diào)整設(shè)計以提高渦輪機械的整體性能。 

3. 識別高速區(qū)域或可能發(fā)生氣蝕的區(qū)域可以幫助工程師改變?nèi)~輪的形狀和尺寸，從而使流過渦輪機的流體更有效。 

Cadence 的Fidelity和Fidelity Pointwise等工具使此類模擬和分析成為可能。通過精細網(wǎng)格劃分、求解控制納維-斯托克斯方程、湍流建模和數(shù)值模擬，這些 CFD 平臺有助于理解流動特性及其對渦輪機械性能的影響。工程師可以利用這些知識來制定最佳流動路徑和幾何形狀變化，從而使渦輪機械工藝解決方案產(chǎn)生高效率。 

訂閱我們的時事通訊以獲取最新的 CFD 更新或瀏覽 Cadence 的CFD 軟件套件，包括Fidelity和Fidelity Pointwise，以了解有關(guān) Cadence 如何為您提供解決方案的更多信息。

文章來源：cadence博客