作者：燃?xì)廨啓C(jī)性能工程師 Darsini Kathirgamanathan 和首席燃燒工程師 Thijs Bouten - OPRA Turbines International BV

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OPRA Turbines 使用額定功率為 1.85 MWe 的 OP16 系列燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)發(fā)、制造、銷(xiāo)售和維護(hù)發(fā)電機(jī)組。根據(jù)應(yīng)用和要求，可以在 OP16 燃?xì)廨啓C(jī)上安裝不同的燃燒系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組采用集裝箱式包裝（如圖 1 所示），包括 OP16 燃?xì)廨啓C(jī)、燃料系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、進(jìn)氣口和通風(fēng)系統(tǒng)。

CFD 模擬是 OPRA 設(shè)計(jì)過(guò)程中不可或缺的一部分。仿真用于分析和優(yōu)化各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的流動(dòng)，包括燃燒、渦輪機(jī)械和氣體擴(kuò)散分析。OPRA 一直在探索使用開(kāi)源軟件包 OpenFOAM 來(lái)補(bǔ)充商業(yè) CFD 軟件包。良好的網(wǎng)格對(duì)于執(zhí)行 CFD 分析至關(guān)重要，而 OpenFOAM 受益于六邊形網(wǎng)格。OpenFOAM 有多種開(kāi)源網(wǎng)格劃分工具，通常適用于簡(jiǎn)單的幾何體。然而，由于有限的幾何導(dǎo)入、非直觀操作和有限的文檔，這些網(wǎng)格劃分工具很難用于真實(shí)（工業(yè)）幾何。 

圖1：OPRA的OP16燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組

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“ Fidelity Automesh 網(wǎng)格劃分工具 是 OPRA 的首選解決方案，因?yàn)樗哂腥呛土腔旌暇W(wǎng)格、自動(dòng)網(wǎng)格劃分和直接導(dǎo)出到 OpenFOAM。”

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Cadence 的網(wǎng)格劃分套件已在 OPRA 的設(shè)計(jì)和 CFD 方法中實(shí)施，如圖 2 所示。這些網(wǎng)格劃分工具是 OPRA 的首選解決方案，因?yàn)樗鼈兙哂腥呅魏土呅位旌暇W(wǎng)格、自動(dòng)網(wǎng)格劃分和直接導(dǎo)出到 OpenFOAM。Fidelity Hexpress 用于燃燒和氣體擴(kuò)散分析，F(xiàn)idelity Autogrid 用于渦輪機(jī)械。

圖 2：OPRA 的 CFD 模擬流程

以下案例研究展示了使用Fidelity Automesh進(jìn)行 CFD 仿真。

項(xiàng)目介紹：

OPRA 已經(jīng)為船上開(kāi)發(fā)了 OP16 發(fā)電機(jī)組的船用版本。作為該項(xiàng)目的一部分，對(duì) OP16 船用組件進(jìn)行了氣體擴(kuò)散分析。OP16 船用發(fā)電機(jī)組將使用一系列具有顯著不同氣體成分和能量密度的燃料。外殼（包括氣體系統(tǒng)）應(yīng)確保防爆，以防氣體泄漏，因?yàn)橥鈿ねL(fēng)空氣和氣體混合物可能形成 LEL（低爆炸極限）體積云，在存在點(diǎn)火源時(shí)可能會(huì)點(diǎn)燃。為確保外殼內(nèi)的環(huán)境無(wú)危險(xiǎn)，必須將氣體檢測(cè)器放置在正確的位置以識(shí)別最終的泄漏。作為外殼氣體擴(kuò)散分析的一部分，

CFD 研究中考慮的氣體泄漏是可能發(fā)生在法蘭、管件或管道小裂縫處的微小泄漏。確定氣體系統(tǒng)中可能的泄漏位置以執(zhí)行氣體擴(kuò)散分析，并在這些位置模擬小泄漏。CFD模擬分兩步進(jìn)行：首先，在指定邊界條件下，泄漏氣流與空氣混合進(jìn)行流動(dòng)模擬。進(jìn)行第二次模擬以捕獲 LEL 體積云。后者的模擬是基于被動(dòng)標(biāo)量方法進(jìn)行的。

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“良好的網(wǎng)格是成功運(yùn)行 CFD 分析的基礎(chǔ)之一。復(fù)雜的幾何體可以通過(guò) Fidelity Automesh 輕松劃分網(wǎng)格并提供非常精細(xì)的網(wǎng)格。由于許多特征是自動(dòng)化的，它為用戶(hù)節(jié)省了大量時(shí)間來(lái)生成網(wǎng)格。此外，在 Fidelity Automesh中可以輕松修改 CAD 中對(duì)幾何體所做的任何小改動(dòng) ?！?/em>

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良好的網(wǎng)格是成功運(yùn)行 CFD 分析的基礎(chǔ)之一。Fidelity Automesh 網(wǎng)格劃分工具用于對(duì)這個(gè)海洋包進(jìn)行網(wǎng)格劃分。封裝具有復(fù)雜的幾何形狀，包括薄、小的表面、小孔和狹窄的管道。Fidelity Automesh 可以輕松地對(duì)像這樣的復(fù)雜幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并提供非常精細(xì)的網(wǎng)格。由于許多功能是自動(dòng)化的，因此可以為用戶(hù)節(jié)省大量生成網(wǎng)格的時(shí)間。
此外，可以輕松修改對(duì) CAD 中的幾何形狀所做的任何小改動(dòng)。此功能幫助我們快速生成不同泄漏尺寸的網(wǎng)格。圖 3顯示了為其中一個(gè)氣體泄漏創(chuàng)建的網(wǎng)格。 

圖 3：由 Fidelity Automesh 創(chuàng)建的 OP16 船用發(fā)電機(jī)組封裝網(wǎng)格

下面的圖 4 顯示了從 CFD 分析中獲得的泄漏之一的 LEL 體積云。以紅色顯示的 LEL 體積云代表 100% LEL 體積云，以綠色顯示的體積云代表氣體檢測(cè)器設(shè)定點(diǎn)將檢測(cè)到的體積云。根據(jù)氣體檢測(cè)器設(shè)定點(diǎn)（以綠色顯示）所需的體積云，定義了氣體檢測(cè)器的位置。如果外殼中有任何氣體泄漏，放置在這些位置的氣體探測(cè)器可確保檢測(cè)到泄漏。  

Cadence 的網(wǎng)格劃分套件顯著縮短了我們的網(wǎng)格劃分時(shí)間并提高了網(wǎng)格質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了更好的 CFD 仿真。

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文章來(lái)源：cadence博客