葉片冷卻的案例
旋轉(zhuǎn)機(jī)械：利用STAR CCM+進(jìn)行渦輪冷卻葉片氣熱耦合計算
目前，先進(jìn)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)渦輪燃?xì)膺M(jìn)口溫度已經(jīng)達(dá)到1800~2050K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了材料的可承受溫度，所以必須采用有效的冷卻方式來降低葉片溫度。
本文將演示利用中文版STAR CCM+軟件進(jìn)行渦輪冷卻葉片氣熱耦合計算的工作過程，計算模型源自STAR CCM Online公眾號的文章：渦輪葉片冷卻。葉片為靜止導(dǎo)葉，內(nèi)部帶有兩彎三通道的冷卻冷卻結(jié)構(gòu)，前緣通道布置了擾流肋，尾緣通道有圓形的擾流柱，冷氣僅從上緣板的排出，冷氣與燃?xì)獠粨交臁Ｓ嬎隳Ｐ蜑榉譃槿齻€域，分別是燃?xì)狻⒗錃夂凸腆w葉片。葉片和燃?xì)庥騼蓚?cè)均為旋轉(zhuǎn)周期面。
1.模型導(dǎo)入
新建模擬—選擇并行—邏輯處理器數(shù)量（16核）—文件—導(dǎo)入—導(dǎo)入面網(wǎng)格文件“blade.dbs/coolflow.dbs /hotflow.dbs”
2.幾何處理
壓印
為創(chuàng)建交界面共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格，必須對不同實(shí)體進(jìn)行壓印操作。操作過程：幾何—操作—新建—布爾運(yùn)算—壓印—分別壓印“blade/coolflow”和“blade/hot.flow”。
創(chuàng)建周期
計算模型為單個葉片，兩側(cè)為周期性邊界，需在幾何操作中創(chuàng)建周期，以便形成共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格（與壓印類似）。操作過程：按Ctrl多選blade表面中的Per1/Per2，右鍵創(chuàng)建周期。在接觸—周期轉(zhuǎn)換中設(shè)定成旋轉(zhuǎn)，燃?xì)庵芷谟蛟O(shè)置方法相同。
3.區(qū)域及邊界條件
將幾何中的零部件分配給區(qū)域，并自動創(chuàng)建接觸模式界面。
燃?xì)庥?a. 流體入口速度邊界[350, 0, -99]m/s
b. 流體入口溫度邊界：使用表（r）導(dǎo)入溫度場。（首先在工具—表中，將csv文件導(dǎo)入）
c. 流體壓力出口：0 Pa
冷氣域
a.
展開 渦輪葉片冷卻分析案例
比利時的CENAERO研究中心采用MpCCI聯(lián)合對渦輪葉片的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。其中固體傳熱計算采用Abaqus，內(nèi)部流場計算采用它自己開發(fā)的三維流體求解器Argo，外部流場計算采用渦輪機(jī)械專用軟件elsA。
葉片的結(jié)構(gòu)模型采用四面體二次單元463,000個，外部流體單元大約320萬，由8個處理器進(jìn)行計算 ，冷卻通道流體單元大約630萬。
經(jīng)過70次交換，得到了穩(wěn)態(tài)的溫度場分布。
在葉片附近的流場溫度分布顯示出一個V型的冷卻區(qū)域，這是由葉片和冷卻壁附近的二次流的相互作用而產(chǎn)生的，參見下圖。
結(jié)論：考慮流固耦合情況下，固體和流體界面之間的熱流和溫度是未知的，熱邊界條件是經(jīng)過流體和固體反復(fù)迭代達(dá)到熱平衡時的熱流和溫度條件，通常會使計算精度提高10%。
展開 基于內(nèi)部通道冷卻的渦輪葉片熱應(yīng)力仿真 ￥5
在渦輪機(jī)行業(yè)，用流體冷卻渦輪葉片是常見的做法 流經(jīng)冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片失效。
在典型的熱應(yīng)力分析中，溫度被計算出來，然后應(yīng)用為 應(yīng)力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對共軛傳熱進(jìn)行建模 計算流體動力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計算資源。CFD 的降階模型，假設(shè)一維流 通過孔，可以提供一種廉價的解決方案，而不會造成重大損失 準(zhǔn)確性。由于通過冷卻孔的質(zhì)量流量是已知的，因此經(jīng)驗(yàn) 薄膜系數(shù)的關(guān)系可用于模擬來自 刀片到流體。
PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學(xué)科耦合優(yōu)化設(shè)計
現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)為了獲得更高的推重比和熱效率，不斷提高渦輪入口溫度，目前已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了葉片材料的熔點(diǎn)溫度，因此必須引入冷卻空氣對葉片材料進(jìn)行冷卻，常用的冷卻方式包括：柱肋冷卻、強(qiáng)制對流冷卻、氣膜冷卻等。如何在不增加冷卻空氣流量的前提下盡可能降低葉片溫度成為渦輪冷卻設(shè)計工程師的重要關(guān)注點(diǎn)。
在渦輪冷卻設(shè)計中涉及到眾多的設(shè)計參數(shù)選擇和優(yōu)化問題，目前優(yōu)化技術(shù)越來越多的成為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)；基于高精度的流熱固耦合仿真計算和各類數(shù)學(xué)優(yōu)化算法的大規(guī)模HPC并行計算，對提升渦輪葉片冷卻設(shè)計效果無疑將起到重要的推動作用。
工程師在渦輪冷卻葉片初步設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，建立其流熱固耦合仿真模型，以各冷卻通道位置、壁厚、各回路冷氣用量、局部冷卻特征（如柱肋、氣膜孔）參數(shù)為設(shè)計變量，以渦輪葉片整體降溫需求為約束，以最少冷氣量為目標(biāo)，利用優(yōu)化算法不斷改進(jìn)上述設(shè)計變量直到獲得最佳設(shè)計方案：
1、基于Ansys Workbench的流熱固耦合仿真
渦輪葉片在工作過程中，高溫燃?xì)狻u輪冷卻葉片、冷卻氣體間存在實(shí)時對流換熱，氣動載荷和溫度載荷等會導(dǎo)致渦輪冷卻葉片發(fā)生變形，因此渦輪冷卻葉片是一個典型的流-熱-固耦合分析問題。
展開 
PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學(xué)科耦合優(yōu)化設(shè)計
現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)為了獲得更高的推重比和熱效率，不斷提高渦輪入口溫度，目前已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了葉片材料的熔點(diǎn)溫度，因此必須引入冷卻空氣對葉片材料進(jìn)行冷卻，常用的冷卻方式包括：柱肋冷卻、強(qiáng)制對流冷卻、氣膜冷卻等。如何在不增加冷卻空氣流量的前提下盡可能降低葉片溫度成為渦輪冷卻設(shè)計工程師的重要關(guān)注點(diǎn)。
在渦輪冷卻設(shè)計中涉及到眾多的設(shè)計參數(shù)選擇和優(yōu)化問題，目前優(yōu)化技術(shù)越來越多的成為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)；基于高精度的流熱固耦合仿真計算和各類數(shù)學(xué)優(yōu)化算法的大規(guī)模HPC并行計算，對提升渦輪葉片冷卻設(shè)計效果無疑將起到重要的推動作用。工程師在渦輪冷卻葉片初步設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，建立其流熱固耦合仿真模型，以各冷卻通道位置、壁厚、各回路冷氣用量、局部冷卻特征（如柱肋、氣膜孔）參數(shù)為設(shè)計變量，以渦輪葉片整體降溫需求為約束，以最少冷氣量為目標(biāo)，利用優(yōu)化算法不斷改進(jìn)上述設(shè)計變量直到獲得最佳設(shè)計方案：
1
基于Ansys Workbench的流熱固耦合仿真
渦輪葉片在工作過程中，高溫燃?xì)狻u輪冷卻葉片、冷卻氣體間存在實(shí)時對流換熱，氣動載荷和溫度載荷等會導(dǎo)致渦輪冷卻葉片發(fā)生變形，因此渦輪冷卻葉片是一個典型的流-熱-固耦合分析問題。
展開 Flownex燃機(jī)二次空氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
經(jīng)過轉(zhuǎn)靜盤腔12后，通過旋轉(zhuǎn)孔口13進(jìn)入葉片冷卻通道的冷卻氣流流量為0.352kg/s，通過間隙14的流量為0.086kg/s，經(jīng)過盤腔12的溫升約為18.5℃。氣流經(jīng)過葉片內(nèi)部空腔后分成兩股氣流流出，流量分別為0.043 kg/s和0.309 kg/s。經(jīng)過盤腔16和盤腔19 的溫升分別為26.2℃和10.8℃。通過計算可以得到各位置氣流的密度、粘性、以及焓值等參數(shù)，同時還可以得到每個位置的絕對總壓和總溫以及相對總壓和總溫；可以得到氣流在每個元件內(nèi)的角動量和能量的傳遞，氣流的旋流系數(shù)等。
價值
通常情況下，冷卻氣流量需要根據(jù)計算或者試驗(yàn)確定，現(xiàn)代中小型發(fā)動機(jī)帶冷卻葉片的雙級渦輪及帶后軸承的單級渦輪，冷卻氣流量約占發(fā)動機(jī)總空氣流量的2%~4%。隨著渦輪前溫度的增加，冷卻氣流量也在不斷增加，例如CF6高涵道比發(fā)動機(jī)，渦輪冷卻空氣總量占內(nèi)涵空氣流量的14.49%，顯然，這樣的冷卻空氣消耗量會影響發(fā)動機(jī)的整體性能。因此，快速準(zhǔn)確計算冷卻空氣流體動力特性、合理布置冷卻空氣流路以及葉片冷卻結(jié)構(gòu)顯得越來越重要，設(shè)計優(yōu)化渦輪冷卻葉片內(nèi)部通道以及渦輪 盤腔結(jié)構(gòu)是十分必要的。Flownex的價值體現(xiàn)在能夠使設(shè)計者快速建立二次空氣系統(tǒng)仿真模型，準(zhǔn)確計算冷卻空氣流體動力特性和溫度特性，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計者節(jié)省大量的時間，將主要精力集中在研究合理布置冷卻空氣流路以及葉片冷卻結(jié)構(gòu)等核心問題中。
來源：安世亞太
展開 Flownex燃機(jī)二次空氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
經(jīng)過轉(zhuǎn)靜盤腔12后，通過旋轉(zhuǎn)孔口13進(jìn)入葉片冷卻通道的冷卻氣流流量為0.352kg/s，通過間隙14的流量為0.086kg/s，經(jīng)過盤腔12的溫升約為18.5℃。氣流經(jīng)過葉片內(nèi)部空腔后分成兩股氣流流出，流量分別為0.043 kg/s和0.309 kg/s。經(jīng)過盤腔16和盤腔19 的溫升分別為26.2℃和10.8℃。通過計算可以得到各位置氣流的密度、粘性、以及焓值等參數(shù)，同時還可以得到每個位置的絕對總壓和總溫以及相對總壓和總溫；可以得到氣流在每個元件內(nèi)的角動量和能量的傳遞，氣流的旋流系數(shù)等。
價值
通常情況下，冷卻氣流量需要根據(jù)計算或者試驗(yàn)確定，現(xiàn)代中小型發(fā)動機(jī)帶冷卻葉片的雙級渦輪及帶后軸承的單級渦輪，冷卻氣流量約占發(fā)動機(jī)總空氣流量的2%~4%。隨著渦輪前溫度的增加，冷卻氣流量也在不斷增加，例如CF6高涵道比發(fā)動機(jī)，渦輪冷卻空氣總量占內(nèi)涵空氣流量的14.49%，顯然，這樣的冷卻空氣消耗量會影響發(fā)動機(jī)的整體性能。因此，快速準(zhǔn)確計算冷卻空氣流體動力特性、合理布置冷卻空氣流路以及葉片冷卻結(jié)構(gòu)顯得越來越重要，設(shè)計優(yōu)化渦輪冷卻葉片內(nèi)部通道以及渦輪pan腔結(jié)構(gòu)是十分必要的。Flownex的價值體現(xiàn)在能夠使設(shè)計者快速建立二次空氣系統(tǒng)仿真模型，準(zhǔn)確計算冷卻空氣流體動力特性和溫度特性，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計者節(jié)省大量的時間，將主要精力集中在研究合理布置冷卻空氣流路以及葉片冷卻結(jié)構(gòu)等核心問題中。
展開 基于STAR-CCM+的渦輪葉片冷卻案例（附資料百度云下載）
目前，先進(jìn)航空渦扇發(fā)動機(jī)的渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟纫呀?jīng)達(dá)到1800K~2050K，超出了耐高溫葉片材料可承受的極限溫度，所以必須采用有效的冷卻方式來降低渦輪葉片的壁面溫度。
本文將演示渦輪葉片共軛傳熱(CHT)分析的工作流程。單渦輪葉片周圍流動的流體區(qū)域側(cè)面采用周期性邊界條件；渦輪葉片為固體區(qū)域；冷卻通道中為流體區(qū)域；進(jìn)口的溫度從.csv文件導(dǎo)入。
創(chuàng)建一個新的simulation，導(dǎo)入幾何
導(dǎo)入最后地址中的幾何文件“BladeCool /blade.dbs/coolflow.dbs /hotflow.dbs”，熟悉所有幾何模型。
周期型邊界接口設(shè)置。
由于仿真模型中只包含單個葉片，側(cè)面需要一個周期邊界條件。為此，我們需要在邊界之間創(chuàng)建一個周期接口，該接口可以在兩邊傳遞數(shù)據(jù)，周期型信息將傳遞到region中。右擊Per1和Per2選擇Create Periodic，在Contacts中設(shè)置Rotational。
幾何模型處理。
為了創(chuàng)建共形網(wǎng)格，必須確保所有表面的物體都需要一一對應(yīng)，使用壓印操作可以使表面對應(yīng)。壓印網(wǎng)操作在葉片/冷流和葉片/熱流之間產(chǎn)生兩個Contacts。當(dāng)部件被分配到區(qū)域時Contacts以Interface的形式轉(zhuǎn)移到Region。
傳遞Part到Region中“Assign parts toregions”并設(shè)置Createa Region for Each Part/Create a Boundary for Each Part Surface/Leave the restat default。
展開 改善近壁流動通道循環(huán)疲勞，看GE如何發(fā)力新型渦輪轉(zhuǎn)子葉片
3D打印可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜更集成的設(shè)計，這使得葉片的冷卻通道設(shè)計可以以功能實(shí)現(xiàn)為主。
更隨形，更復(fù)雜
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪機(jī)，在壓縮機(jī)中壓縮的空氣與燃料混合并在燃燒器中點(diǎn)燃，然后通過渦輪機(jī)膨脹以產(chǎn)生動力。渦輪機(jī)內(nèi)的部件，特別是周向排列的轉(zhuǎn)子和定子葉片，為了承受重復(fù)的熱循環(huán)以及該環(huán)境的極端溫度和機(jī)械應(yīng)力，翼型必須具有堅固的結(jié)構(gòu)并且被主動冷卻。
渦輪轉(zhuǎn)子和定子葉片通常包含形成冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部通道或回路，冷卻劑（通常是從壓縮機(jī)排出的空氣）通過該冷卻系統(tǒng)循環(huán)。這種冷卻回路通常由內(nèi)部肋形成，所述內(nèi)部肋為翼型提供所需的結(jié)構(gòu)支撐，并且包括多個流動路徑以將翼型保持在可接受的溫度范圍內(nèi)。通過這些冷卻回路的空氣通常通過翼型的前緣、后緣、吸力側(cè)和壓力側(cè)上的薄膜冷卻孔排出。
燃?xì)廨啓C(jī)的效率隨著點(diǎn)火溫度的升高而增加，因此，對技術(shù)進(jìn)步的需求不斷增長，為了使渦輪葉片能夠承受更高的溫度。這些技術(shù)進(jìn)步有時包括使用能夠承受更高溫度的新材料，也經(jīng)常涉及改善翼型的內(nèi)部構(gòu)造以增強(qiáng)葉片結(jié)構(gòu)和冷卻能力。
眾所周知，通過在四壁布置中形成的近壁流動通道可以實(shí)現(xiàn)高冷卻效率。然而，近壁流動通道的挑戰(zhàn)在于外壁經(jīng)歷比內(nèi)壁顯著更大的熱膨脹水平。這種不平衡的增長導(dǎo)致在內(nèi)肋連接的點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力，這可能導(dǎo)致低的循環(huán)疲勞，這可能縮短葉片的壽命。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，GE公司通過3D打印技術(shù)正在開發(fā)一種渦輪轉(zhuǎn)子葉片，葉片的特殊設(shè)計包括由凹壓側(cè)外壁和凸吸入側(cè)外壁限定的翼型，翼型沿前緣和后緣連接，并且在它們之間形成徑向延伸的腔室，用于接收冷卻劑的流動。
展開 對蒸汽/燃?xì)廨啓C(jī)CFD解決方案
專用葉片設(shè)計工具CFX-BladeGen
專用葉片網(wǎng)格劃分工具CFX-TurboGrid
蒸汽/燃?xì)廨啓C(jī)中的動靜葉片干涉
蒸汽/燃?xì)廨啓C(jī)中的非均勻進(jìn)汽條件、流固耦合、真實(shí)氣體問題
蒸汽輪機(jī)中冷凝器里的相變、渦輪葉片冷卻、燃燒穩(wěn)定性問題
CFX準(zhǔn)確模擬結(jié)果
CFX實(shí)現(xiàn)快速可靠的收斂性能
如何加快大規(guī)模問題的計算速度
20080924-new06-02.jpg
葉片熱結(jié)構(gòu)耦合分析
葉片熱結(jié)構(gòu)耦合分析
在渦輪工業(yè)中，用流過冷卻孔的流體來冷卻渦輪葉片是很常見的做法。由于葉片內(nèi)的溫度梯度，會引起熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片的失效。
在典型的熱應(yīng)力分析中，先計算溫度，然后將溫度作為荷載條件進(jìn)行應(yīng)力分析。雖然在計算流體動力學(xué)(CFD)程序中可以通過模擬耦合傳熱來求解溫度，但這需要大量的計算資源。CFD的降階模型，假設(shè)通過孔的一維流動，可以提供一種廉價的解決方案，而在準(zhǔn)確性上沒有顯著損失。由于通過冷卻孔的質(zhì)量流量已知，膜系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可以用來模擬從葉片到流體的傳熱。
如圖所示，渦輪葉片有10個冷卻通道。假定外表面是固定在恒溫下的。在進(jìn)行應(yīng)力分析時，假設(shè)絕熱表面是固定的。流體以不同的速率流過孔，冷卻主要通過對流進(jìn)行。對流系數(shù)、流入溫度和質(zhì)量流量都是指定的。如果薄膜系數(shù)高，固體向流體損失的熱量更多，因此流體的溫升也更高。流體質(zhì)量流量越大，流體溫度越高。
1.1. 定義材料參數(shù)
分別定義流體及固體材料，固體材料選擇默認(rèn)結(jié)構(gòu)鋼，熱流體具體參數(shù)如下所示：
1.2. 網(wǎng)格劃分
線體模型類型設(shè)置為熱流體，流體離散方法設(shè)置為迎風(fēng)/線性。截面半徑為3.15 mm、1.55 mm和0.99 mm的線體，其流體截面積分別為31.1709 mm2、7.5473 mm2和3.0789 mm2。3D FLUID116單元用于模擬10個在其兩個主要節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳熱和流體傳輸?shù)牧黧w。
固體區(qū)域采用SOLID278單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。使用低階元素。使用的模型和網(wǎng)格設(shè)置如下圖所示。
1.3. 邊界條件和荷載
固體的外表面溫度保持在568°K，并添加到四個面。
展開 
安全耐久，高效可靠 | 《ANSYS旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)解決方案》現(xiàn)已開放領(lǐng)取
1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)概述、趨勢及挑戰(zhàn)
1.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用
1.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)面臨挑戰(zhàn)
1.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)械仿真發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)
2 Ansys整套旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)計與仿真分析方案
2.1 Ansys Turbo system分析流程
2.2 1D/2D/3D設(shè)計工具：Vista、TF、BladeGen
2.3 CAD模型前處理工具：BladeEditor
2.4 自動網(wǎng)格生成工具：Turbo Grid
2.5 前處理與求解器：CFX Pre、CFX Solver
2.6 后處理：CFX Post
3 Ansys CFX交界面處理模型
3.1 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)靜葉片交界面
3.2 Mixing plane/Frozen Rotor
3.3 瞬態(tài)轉(zhuǎn)靜葉片交界面
3.4 瞬態(tài)計算3種處理方法：PT/FT/TT
4 Ansys CFX流-熱-固耦復(fù)雜合問題求解
4.1 流熱耦合：渦輪葉片冷卻
4.2 流固耦合：顫振分析、受迫振動
4.2.1 葉片顫振分析
4.2.2 受迫振動分析
4.3 氣動噪音分析
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展開 CFD專欄丨透平冷卻一維流體仿真
物理量也可以用云圖方式顯示
2
透平葉片冷卻
通常透平第一級靜葉采用氣膜冷卻、對流冷卻和沖擊冷卻。冷空氣沿著上下端壁進(jìn)入到?jīng)_擊筒套中，再通過表面的小孔排出，形成冷卻氣膜，覆蓋在葉片表面。冷空氣到達(dá)葉片尾緣經(jīng)過擾亂柱再進(jìn)行對流冷卻。
透平葉片實(shí)物圖
透平葉片冷卻原理圖
透平動葉氣膜冷卻建模
冷卻空氣從空心葉片底部流入，沖擊葉片前緣，從氣膜孔和頂部小孔流出。
導(dǎo)入葉片的切面圖，最好是等比例的，方便定位。
建立平面網(wǎng)絡(luò)：沿著葉片高度設(shè)置5個斷面，每個斷面出口設(shè)置溫度、壓力出口邊界。
設(shè)置內(nèi)部通道的尺寸和旋轉(zhuǎn)半徑，壁面粗糙度等信息。
展開 高精度陶瓷3D打印在航空和工業(yè)級燃?xì)廨啓C(jī)葉片鑄造型芯方面的應(yīng)用
導(dǎo)讀：為了提高燃?xì)廨啓C(jī)的工作溫度和發(fā)動機(jī)效率，航空航天和電力工業(yè)領(lǐng)域不斷設(shè)計開發(fā)內(nèi)部冷卻通道更加復(fù)雜的燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片。
為了在鑄造金屬渦輪葉片時可以形成高復(fù)雜的內(nèi)部冷卻通道結(jié)構(gòu)，使用陶瓷鑄造型芯是非常必要的。鑄造葉片冷卻后，葉片從模具中取出，同時內(nèi)部的陶瓷型芯需要溶解掉。
目前設(shè)計的陶瓷鑄造型芯越來越復(fù)雜，而通過傳統(tǒng)的注射成型方式無法實(shí)現(xiàn) 如此高復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷型芯。Lithoz 公司的 LCM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法實(shí)現(xiàn)的高復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此，LCM 技術(shù)給航空航天和電力工業(yè)中的高復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷葉片型芯提供完美的解決方案，滿足他們?nèi)找嬖鲩L的設(shè)計需求。
而且，LCM 技術(shù)可以快速、低成本的實(shí)現(xiàn)小批量系列的原型產(chǎn)品的生產(chǎn)。由于該技術(shù)無需模具，因此大大縮短了研發(fā)-市場階段的周期。
與傳統(tǒng)的注射成型制造葉片型芯技術(shù)相比，3D 打印技術(shù)是一種無需模具的生產(chǎn)制造技術(shù)。因此 3D 打印技術(shù)可以繞過傳統(tǒng)工藝必須的、昂貴而又復(fù)雜的模具制造部分。
3D 打印葉片型芯的材料
LithaCore 450 是一款由奧地利Lithoz 公司自主研發(fā)的一種用于3D 打印生產(chǎn)陶瓷葉片型芯的硅基材料。典型的應(yīng)用有：用來生產(chǎn)單晶鎳基合金的渦輪葉片的鑄造型芯；定向凝固鑄造型芯；等軸鑄造型芯。LithaCore 450 是一種可以 3D 打印制備高精度、高細(xì)節(jié)陶瓷葉片型芯的材料。燒結(jié)后的葉片型芯產(chǎn)品具有非常低的熱膨脹率、較高的孔隙率、優(yōu)異的表面質(zhì)量和優(yōu)良的洗濾性等優(yōu)點(diǎn)。另外，Lithoz 可以為客戶開發(fā)定制化的材料，滿足客戶廣泛的合金鑄造需求。
展開 氣動仿真助推渦軸發(fā)動機(jī)型號研制全面加速
另外，基于RAN-S的流熱耦合仿真廣泛應(yīng)用于渦輪葉片冷卻方案設(shè)計，并與葉片冷卻效果試驗(yàn)相結(jié)合，解決小尺寸冷卻試驗(yàn)測試布置困難、測量區(qū)域和精度有限的難題，獲得小尺寸葉片在真實(shí)環(huán)境下較為準(zhǔn)確的溫度分布，確保渦輪設(shè)計與試驗(yàn)的一次成功。
近年來，以離散大渦模擬（DES）和大渦模擬（LES）的仿真方法在低雷諾數(shù)渦輪葉片、高壓比單級壓氣機(jī)流場分析和端區(qū)復(fù)雜流動分析和損失控制中也得到了應(yīng)用，解決小尺寸葉輪機(jī)流場測量困難的問題，在一定程度上可以替代葉柵試驗(yàn)，優(yōu)化葉輪機(jī)設(shè)計，提高葉輪機(jī)全包線性能。
在仿真工作的支持下，動研所目前已經(jīng)具備壓比25∶1以上的組合壓氣機(jī)設(shè)計能力，以及單級膨脹比4.5∶1跨聲渦輪和進(jìn)口總溫1900K量級、總效率92%的小尺寸冷卻渦輪設(shè)計能力，未來將繼續(xù)向負(fù)荷更大、效率更高、結(jié)構(gòu)更緊湊的葉輪機(jī)械高精度性能仿真方向發(fā)展。
聯(lián)合/耦合氣動及換熱仿真
渦軸發(fā)動機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)緊湊和裝機(jī)位置特殊等原因，需要對氣動及換熱問題進(jìn)行綜合考量，才能較為準(zhǔn)確地評估出設(shè)計方案的有效性及合理性，為發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)及性能優(yōu)化提供定量數(shù)據(jù)支撐。
空氣系統(tǒng)
渦軸發(fā)動機(jī)空氣系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)軸向力、強(qiáng)度壽命以及變形等關(guān)系密切，而這些又與發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)行緊密相關(guān)。因此，只有準(zhǔn)確地仿真出轉(zhuǎn)子周圍的流動及換熱情況，對轉(zhuǎn)子件強(qiáng)度、壽命、變形進(jìn)行準(zhǔn)確分析，才能為發(fā)動機(jī)的安全性設(shè)計提供保障。
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