葉輪機械設計仿真優化

在葉輪機械氣動性能仿真過程中,可以應用的仿真軟件主要有 ANSYS CFX、NUMECA、 ANSYS Fluent、 Pumplinks、 Star CCM+等等。各個軟件各有千秋。使用者較多的專業性或專用性的軟件是CFX和 NUMECA。

CFX和 NUMECA有著完整的前處理、求解、后處理模塊和流程。CFX的網格劃分使用 Turbogrid,計算求解用CFX,后處理用CFD-Post。 NUMECA的網格劃分使用 Autogrid5,計算求解用 FINE/Turbo,后處理用 Cview。相比而言,兩款軟件都能很好的提供葉輪機械仿真解決方案。源于 NUMECA FINE/Turbo平臺只關注于葉輪機械仿真,在葉輪機械仿真技術上實際領先于CFX,畢竟CFX是一款通用CFD求解平臺,且從2003年收購后至今,在功能更新上略顯匱乏。

CFX使用的是隱式耦合求解技術,并基于有限元的有限體積法,對六面體網格單元采用24點積分(單純有限體積法采用6點積分),對四面體網格單元采用60點積分(單純有限體積法采用4點積分),以保證計算求解的準確度。在上述技術加持下,CFX的計算消耗量相對較大。得益于 Workbench平臺的便利,CFX可以很好的實現多場耦合計算。

NUMECA使用的多重網格加速收斂技術,使用全多重網格,在粗網格上計算得到結果,作為后續細網格計算的初值,并通過細網格層掃掠計算,最終得到計算結果,得益于軟件底層設計及多重網格加速收斂技術的加持,NUMECA計算消耗量不大且計算速度較快。另外,在葉輪機械仿真時的專業的高級的轉靜子面、時間離散、非線性諧波等方面,NUMECA均創新性的提出并應用了相應的解決方案。

然而,在 NUMECA軟件平臺中,具有專業的多物理場耦合 Ipcc方法、氣動噪聲分析 FINE/VNoise、葉輪參數化擬合及造型 AotuBlade、優化平臺 FINE/Design3D,使得NUMECA成為目前唯一的一體化的葉輪機械設計分析優化平臺。

其他諸如 Fluent、 Star CCM+等通用CFD求解器,也能較好的提供葉輪機械氣動仿真解決方案,相比具有具有專用模塊的CFX和 NUMECA,通用CFD求解器在葉輪機械仿真前處理、求解和后處理過程中,效率較為低下,精度和準確度相對低一些,計算開銷較大。這里需要大家腦補一下周期性計算、B2B拓撲調整、子午展開等概念。

葉輪機械設計仿真優化從業者要想在該領域內閑庭信步,并顯得毫不費力,需要深厚的理論知識、豐富的工程經驗和設計仿真軟件使用精通三個維度的加持。

工欲善其事,必先利其器,選擇幾本理論書籍、積累工程經驗、選擇一款優秀的設計仿真軟件,是我們通往葉輪機械設計仿真優化成功的必經之路。

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