ansys壓氣機仿真
關注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys壓氣機仿真的實例教程
壓氣機導向器葉片的鹽霧腐蝕仿真 ￥500
<p>本案例建立了一壓氣機導向器葉片模型，如圖1所示。基于COMSOL軟件的二次電流模塊仿真了壓氣機導向器葉片的電極電位，并基于電流分布殼體接口求解薄電解質域內(nèi)的電解質電位。電解質膜的厚度取決于鹽負荷密度和相對濕度。氧溶解度和電解質電導率也取決于相對濕度。使用與大氣腐蝕模型相同的表達式來分析電解質膜厚、氧溶解度和電解質電導率與相對濕度的相關性。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c238539d1c4448d385a40815ac069aa7.png" alt="Untitled11.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/7ac3e5fa234a4211bc4cdf934005e009.png" alt="Untitled12.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>腐蝕電流密度</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/10f4d4177d534c529e4f9a7bd34aadd1.png" alt="Untitled13.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>電極電流密度和電勢分布</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p><p><br></p>
展開 01 研究背景
什么是壓氣機的旋轉失速問題？
旋轉失速是沿壓氣機周向的非均勻流動狀態(tài)。失速現(xiàn)象一般首先發(fā)生在葉輪處，當離心式或軸流式壓縮機的操作工況發(fā)生變動時，氣流會在葉片的凹面附近形成氣流漩渦，氣流漩渦的聚集會阻礙通道內(nèi)的氣流流通，減少通道內(nèi)的有效流通面積，形成氣流堵塞團，不但會使發(fā)動機性能（推力、經(jīng)濟性）大為惡化，限制發(fā)動機的工作范圍，更嚴重的可能會引起發(fā)動機突然熄火，或引起壓氣機葉片劇烈振動以致葉片斷裂而造成整臺發(fā)動機的損壞。
壓縮機中的旋轉失速 壓縮機中的旋轉失速
失速現(xiàn)象可能對壓縮機造成嚴重損害，因此預測在何種工況下會出現(xiàn)旋轉失速的現(xiàn)象就顯得十分有必要。在本次介紹的算例中，就使用法國電力（EDF）開發(fā)的通用計算流體力學（CFD）求解器 code_saturne進行數(shù)值模擬，并將仿真結果同實驗測量數(shù)據(jù)以及FLUENT商業(yè)軟件的仿真結果進行比較，證明了code_saturne進行可壓縮流場仿真計算的可信性。
code_saturne中的可壓縮算法和湍流模型的改進
壓氣機失速現(xiàn)象涉及到對旋轉可壓縮氣流流場不穩(wěn)定性的高精度的捕捉，針對本案例，對code_saturne內(nèi)的可壓縮流求解部分的源代碼做出了以下的優(yōu)化和改進。
? 對流項的離散格式增加至3階
? 使用2階Crank-Nicholson時間差分格式
? 植入并試驗了由?ada和Torrilhon提出的3階限制器
同時針對code_saturne中的k-ω SST湍流模型進行了旋轉和曲率修正，使之更加適用于旋轉氣流仿真。
為了對改進后的k-ω SST湍流模型，在code_saturne中測試了旋轉管流的經(jīng)典驗證算例，模擬繞軸向旋轉的管道中的氣流流場。
展開 針對某型單級軸流壓氣機進行CFD仿真計算和多次試驗測量，得到仿真結果和一系列上下波動的試驗數(shù)據(jù)，用戶面臨如下問題：
仿真模型求解精度驗證（Verification）
采用Star ccm+軟件對壓氣機性能進行初始仿真計算：
調(diào)用物理模型精度分析模塊對K-Omega、K-Epsilon、S-A三種湍流模型精度進行評估（以增壓比π為例），發(fā)現(xiàn)K-Omega模型精度最高，選擇該模型：
調(diào)用離散誤差精度評估模塊對三套葉片網(wǎng)格1、2、3（特征尺寸比為1：1.5：2.25），計算得Mesh2網(wǎng)格離散誤差精度為±0.026，符合要求選取Mesh2：
調(diào)用計算收斂誤差精度分析模塊對上述仿真結果殘差曲線進行評估，得到其精度為±0.00007，符合要求：
綜合上述結果可得合成后的仿真模型求解精度為±0.0266
UQ不確定性量化分析
調(diào)用SimV&Ver的UQ不確定性量化分析模塊，對4個輸入?yún)?shù)（轉速、級進口總壓、進出口背壓、進口氣流角）不確定性導致的響應量（增壓比π）變化結果進行分析，得其上下限為±0.08：
根據(jù)計算結果可對各輸入?yún)?shù)對響應量的敏感度系數(shù)進行分析：
仿真與試驗結果對比與誤差分析（Validation）
調(diào)用仿真與試驗結果對比與誤差分析模塊，對CFD仿真與試驗結果誤差進行對比分析；
根據(jù)試驗測得增壓比累積分布曲線，可得該級壓氣機壓比不低于1.57的概率為95%，符合設計要求；
試驗與仿真結果的葉片表面靜壓分布（15個測點）曲線的確認指標（Validation Metrics）
展開 基于有限體積方法，支持多種類型網(wǎng)格，通過求解納維-斯托克斯方程，用于處理二維、二維對稱、三維，穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)，層流或湍流，不可壓或微可壓流體，等溫或非等溫等多種計算問題。擁有多種不同的湍流模型，例如雷諾平均模型（Reynolds Average Navier-Stokes: RANS）與大渦模擬模型(Large Eddy Simulation: LES)。
軟件涵蓋多種工業(yè)應用物理模塊：大氣模擬、煤粉、重質燃料及生物質的燃燒模塊、電弧與焦耳效應模塊、顆粒追蹤模塊、流體機械轉子-定子互動模塊等。為適應工業(yè)界復雜的物理問題，該軟件具備靈活的二次開發(fā)接口。其強大的并行計算能力，適用于超性能計算平臺處理大規(guī)模計算問題。該軟件在工業(yè)領域得到廣泛的應用與認可。
研究背景
什么是壓氣機的旋轉失速問題？
旋轉失速是沿壓氣機周向的非均勻流動狀態(tài)。失速現(xiàn)象一般首先發(fā)生在葉輪處，當離心式或軸流式壓縮機的操作工況發(fā)生變動時，氣流會在葉片的凹面附近形成氣流漩渦，氣流漩渦的聚集會阻礙通道內(nèi)的氣流流通，減少通道內(nèi)的有效流通面積，形成氣流堵塞團，不但會使發(fā)動機性能（推力、經(jīng)濟性）大為惡化，限制發(fā)動機的工作范圍，更嚴重的可能會引起發(fā)動機突然熄火，或引起壓氣機葉片劇烈振動以致葉片斷裂而造成整臺發(fā)動機的損壞。
壓縮機中的旋轉失速
失速現(xiàn)象可能對壓縮機造成嚴重損害，因此預測在何種工況下會出現(xiàn)旋轉失速的現(xiàn)象就顯得十分有必要。
展開 一、問題描述
某型壓氣機輪 盤如圖1所示，其截面如圖2所示。盤上6個均壓孔均布。將葉片引起的離心效果均勻施加于輪、盤邊緣。
圖1 帶有均壓孔的壓氣機輪 盤
圖2 壓氣機盤截面
圖中所標各點坐標如表所示。
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ansys壓氣機仿真的最新內(nèi)容
SimV&Ver CFD流體力學驗模軟件，是安懷信公司自主研發(fā)的用于流體仿真與試驗驗證的軟件。
SimV&Ver CFD軟件的分析流程是：
首先明確物理問題和目標響應量，集成CFD仿真軟件和網(wǎng)格軟件接口，并進行初步CFD仿真設置和求解；
利用SimV&Ver CFD的仿真模型驗證功能模塊，對由物理模型近似帶來的誤差
關于Code_Saturne
Code_Saturne是法國電力集團自1997年起自主研發(fā)的一款通用計算流體力學開源軟件。基于有限體積方法，支持多種類型網(wǎng)格，通過求解納維-斯托克斯方程，用于處理二維、二維對稱、三維，
01 研究背景
什么是壓氣機的旋轉失速問題？
旋轉失速是沿壓氣機周向的非均勻流動狀態(tài)。失速現(xiàn)象一般首先發(fā)生在葉輪處，當離心式或軸流式壓縮機的操作工況發(fā)生變動時，氣流會在葉片的凹面附近形成氣流漩渦，氣流漩渦的聚集會阻礙通道內(nèi)的氣流流通，減少通道內(nèi)的有效流通面積，形成氣流堵塞團，不但會使發(fā)動機性能（推力、經(jīng)濟性）大為惡化，限制發(fā)動機的工作范圍，更嚴重的可能會引起發(fā)動機突然熄火，或引起壓氣機葉片劇烈振動以致葉片斷裂而造成整臺發(fā)動機的損壞
<p>本案例建立了一壓氣機導向器葉片模型，如圖1所示。基于COMSOL軟件的二次電流模塊仿真了壓氣機導向器葉片的電極電位，并基于電流分布殼體接口求解薄電解質域內(nèi)的電解質電位。電解質膜的厚度取決于鹽負荷密度和相對濕度。氧溶解度和電解質電導率也取決于相對濕度。使用與大氣腐蝕模型相同的表達式來分析電解質膜厚、氧溶解度和電解質電導率與相對濕度的相關性。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https
作者：Brice Caussanel、Renaud Signoret
翻譯：上海安世亞太
前言
某家旋轉機械公司使用Ansys集成的渦輪機設計平臺設計出一款離心式壓縮機，在廢水處理操作過程中可節(jié)省2%至5%的能源。此外，該公司還能夠在開發(fā)下一代產(chǎn)品時減少成本和設計時間。
多數(shù)污水處理廠利用廢水中自然發(fā)生的微生物快速分解有機物，形成二氧化碳和水。曝氣通過向廢水中添加空氣來促進有機污染物的好氧生物降解
Code_Saturne是法國電力集團（EDF）研發(fā)的一款通用計算流體力學開源軟件。基于有限體積方法，支持多種類型網(wǎng)格，通過求解納維-斯托克斯方程，用于處理二維、二維對稱、三維，穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)，層流或湍流，不可壓或微可壓流體，等溫或非等溫等多種計算問題。軟件涵蓋大氣模擬、煤粉、重質燃料及生物質的燃燒、電弧與焦耳效應、顆粒追蹤、流體機械轉子-定子互動等多種工業(yè)應用物理模塊，并在工業(yè)領域得到廣泛的應用與認可
一、問題描述
某型壓氣機輪 盤如圖1所示，其截面如圖2所示。盤上6個均壓孔均布。將葉片引起的離心效果均勻施加于輪、盤邊緣。
圖1 帶有均壓孔的壓氣機輪 盤
