ansys渦輪仿真的案例
利用 ANSYS Fluent 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格進(jìn)行渦輪泵仿真的方法 ￥10
利用 ANSYS Fluent 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格進(jìn)行渦輪泵仿真的方法
汽車渦輪機(jī)械仿真Ansys高級(jí)解決方案~
本期我們會(huì)免費(fèi)分享《汽車渦輪機(jī)械仿真Ansys高級(jí)解決方案》，以下為內(nèi)容劇透：
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Fluent仿真實(shí)例：渦輪增壓機(jī)流場仿真
渦輪增壓機(jī)，葉片的轉(zhuǎn)速是28,000 RPM，空氣進(jìn)口溫度是302.6K，進(jìn)口流量是1500 SCFM，壓力出口總壓是153507 Pa。
渦輪增壓器的網(wǎng)格劃分分成3部分：進(jìn)風(fēng)管道、葉片和蝸殼。分別獨(dú)立劃分網(wǎng)格，需要在交界面處網(wǎng)格加密，有利于交界面的數(shù)據(jù)精確傳遞。
渦輪增壓機(jī)的葉片如下：
1、啟動(dòng)軟件導(dǎo)入網(wǎng)格
1.1 啟動(dòng)Fluent軟件，選擇3D求解器。
1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格。
重排網(wǎng)格分區(qū)，操作：Mesh > Reorder > Domain。
2、模型設(shè)置
設(shè)置湍流模型為k-epsilon模型。
3、材料設(shè)置
渦輪增壓機(jī)的轉(zhuǎn)速很快，會(huì)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮并產(chǎn)生熱量，所以這里將空氣設(shè)置為理想氣體。將空氣設(shè)置為理想氣體，軟件會(huì)提示將能量方程啟動(dòng)。
4、計(jì)算域設(shè)置
首先設(shè)置轉(zhuǎn)速的單位，菜單欄Define > Units…
由于葉片區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的，需要設(shè)置impeller區(qū)域。
在打開的設(shè)置頁面設(shè)置如下。
5、邊界設(shè)置
5.1 進(jìn)口inlet邊界，Type設(shè)置為mass-flow-inlet類型。
5.2 出口outlet，Type設(shè)置為pressure-outlet類型。
5.3 葉片旋轉(zhuǎn)邊界impeller_wall，Type設(shè)置為wall類型。
5.4 其他的壁面設(shè)置，shell_wall和windin_wall，即所有與周圍空氣接觸的壁面。由于增壓機(jī)壁面會(huì)和周圍環(huán)境對(duì)流換熱，這里將對(duì)流系數(shù)設(shè)置為10 w/m2-k。
展開 渦輪機(jī)械的設(shè)計(jì)和維護(hù)仿真解決方案
本文原刊登于Ansys Blog：《Design and Maintain Turbomachinery Using Ansys Simulation Solutions》
作者：Samir Rida
編輯整理：姚翔（Ansys中國流體產(chǎn)品線高級(jí)應(yīng)用工程師）
無論是開發(fā)風(fēng)扇、泵機(jī)、壓縮機(jī)還是渦輪機(jī)，Ansys仿真軟件都能幫助您快速進(jìn)行迭代并改進(jìn)設(shè)計(jì)。在制造和測試之前，仿真可提供關(guān)鍵指標(biāo)的評(píng)估。這是一種可靠的方法，能夠在降低研發(fā)成本的同時(shí)提高效率，從而加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
Ansys仿真軟件已在多個(gè)行業(yè)和應(yīng)用中得到廣泛驗(yàn)證。這些仿真工具可提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，大幅減少制造成本和測試時(shí)間。此外，Ansys仿真軟件在開發(fā)時(shí)重視采用簡化、直觀的工作流程，讓工程師有更多時(shí)間專注于關(guān)鍵設(shè)計(jì)決策。實(shí)際上Ansys旗艦產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和葉片設(shè)計(jì)工具無關(guān)，這為設(shè)計(jì)師使用Ansys合作伙伴提供的任何葉片設(shè)計(jì)工具提供了極大的靈活性。
統(tǒng)一的產(chǎn)品組合提供綜合全面的多物理場解決方案
當(dāng)我們研究整個(gè)渦輪機(jī)解決方案時(shí)，仿真功能包括流體、熱機(jī)械、結(jié)構(gòu)以及利用Ansys旗艦產(chǎn)品的多物理場解決方案，例如Ansys Fluent、Ansys CFX、Ansys Mechanical、Ansys FENSAP-ICE和Ansys LS-DYNA等。在開始仿真和分析這些多物理場應(yīng)用時(shí)，需要確保求解器之間準(zhǔn)確高效的數(shù)據(jù)傳輸。
展開 
航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤用拉刀刃口優(yōu)化仿真
摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤榫槽常用拉削加工研制而成，拉刀作為重要一環(huán)，其刃口大小將直接影響拉削加工性能與服役壽命。通過有限元仿真軟件，比較和討論了拉削速度為5m/min時(shí)不同拉刀刃口大小對(duì)過程溫度、米塞斯應(yīng)力、軸向力以及工件材料流動(dòng)的影響，得出了在該工況下具有最優(yōu)加工性能和服役壽命的刃口大小范圍為10～15μm。
關(guān)鍵詞：拉削加工;刃口大小;AdvantEdge仿真;FGH95高溫合金;
1 序言
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的“心臟”，而渦輪盤作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)不可或缺的重要部件之一，其加工質(zhì)量和服役性能要求都非常嚴(yán)苛[1]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)部渦輪盤如圖1所示，榫槽作為葉片與渦輪盤的關(guān)鍵連接部位，其加工表面完整性和加工精度直接影響渦輪盤榫接部位的配合牢固程度、傳力效果、抗疲勞損傷和抗蠕變性能等，最終決定發(fā)動(dòng)機(jī)的服役性能與壽命[2]。渦輪盤榫槽結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的數(shù)控加工難以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定加工，因此現(xiàn)階段，榫槽的加工一般采用高精度、高效率和一致性好的拉削加工，以滿足榫槽高質(zhì)量和高效率的加工要求。
渦輪盤榫槽的拉削加工一般需要用到數(shù)十把成套拉刀[3]，根據(jù)粗加工、半精加工和精加工分別選用不同刃形的拉刀。而無論哪種類型的刀具，其微觀刃口大小的異同都將影響刀具在切削過程中所受到的應(yīng)力、切削力、切削溫度和切屑材料流動(dòng)趨勢[4]，改變造成刀具磨損、崩缺等失效形式的關(guān)鍵因素，從而決定刀具的加工穩(wěn)定性和服役壽命[5]。吳志正等[6]探究了不同工藝參數(shù)的彈性噴砂技術(shù)對(duì)拉刀刃口鈍化效果的影響，從刃口鈍圓半徑、形狀和表面粗糙度3個(gè)方面展開論述，得出了噴砂時(shí)間、噴砂壓強(qiáng)和噴砂角度等關(guān)鍵因素可改變?nèi)锌谛蚊驳慕Y(jié)論，并驗(yàn)證了其技術(shù)的可行性。
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(huì)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(jì)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(duì)共軛傳熱進(jìn)行建模 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計(jì)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(jià)的解決方案，而不會(huì)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。
ANSYS BladeModeler 渦輪機(jī)械葉片設(shè)計(jì)
ANSYS BladeModeler強(qiáng)調(diào)了它在渦輪機(jī)械葉片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的強(qiáng)大優(yōu)勢。它能在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出形狀復(fù)雜的葉片，或?qū)σ延械娜~片幾何進(jìn)行修改。它內(nèi)置各種工業(yè)常用的葉片模版，方便用戶調(diào)用。ANSYS BladeModeler用戶界面友好，整個(gè)過程自動(dòng)化，葉片的三維視圖，S1及S2流面圖等多種視圖完整而豐富。 ANSYS BladeModeler還可以直接讀入幾何模型進(jìn)行修改。用戶可以通過拖動(dòng)流線上控制點(diǎn)等方式對(duì)葉片形狀進(jìn)行三維的方便修改，修改的結(jié)果立即直觀地呈現(xiàn)在屏幕上。ANSYS BladeModeler生成的幾何文件可以輸出至流體和結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分和數(shù)值計(jì)算。
特色功能：
將葉片設(shè)計(jì)專家豐富的設(shè)計(jì)分析經(jīng)驗(yàn)融入友好的圖形化界面
能直接創(chuàng)建新的葉片幾何模型，也能對(duì)已有的模型進(jìn)行修改
內(nèi)置模版豐富，幾乎可以設(shè)計(jì)所有的軸流,徑流,混流式透平機(jī)械的靜動(dòng)葉片.前緣，尾緣,葉根葉尖間隙,大小葉片的處理都極為方便
各種葉片視圖完整而豐富
壓力面，吸力面的獨(dú)立設(shè)計(jì)
子午流線的任意定義
前緣，尾緣的交互式改變
與CAD軟件及CFD軟件的良好接口實(shí)現(xiàn)了葉片設(shè)計(jì),加工,分析一體化
支持Workbench集成
典型應(yīng)用：
水泵葉片設(shè)計(jì)
透平機(jī)械靜動(dòng)葉片及流體通道設(shè)計(jì)
多級(jí)發(fā)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)
艦船螺旋推進(jìn)器葉片設(shè)計(jì)分析
展開 電機(jī)渦輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真分析
渦輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下出現(xiàn)輪轂處出現(xiàn)破損失效，找到使用中渦輪應(yīng)力集中位置，然后針對(duì)大應(yīng)力區(qū)進(jìn)行幾何優(yōu)化，對(duì)于設(shè)計(jì)渦輪結(jié)構(gòu)有一定的參考價(jià)值。
分析步驟：首先建立渦輪蝸桿三維模型，并按照中心距完成裝配。導(dǎo)入ansys workbench，之后定義運(yùn)動(dòng)副，在蝸輪蝸桿之間定義動(dòng)力碰撞接觸力，并在驅(qū)動(dòng)件蝸桿上施加轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)。由于是剛體模型，在進(jìn)行模擬時(shí)需要施加負(fù)載，因此在渦輪上添加一個(gè)恒定的靜態(tài)負(fù)載。
圖1 總變形量
圖2 總加速度
UG NX創(chuàng)建渦輪蝸桿運(yùn)動(dòng)仿真
渦輪蝸桿的齒輪副創(chuàng)建,渦輪蝸桿是齒輪副的特殊類型，和創(chuàng)建普通齒輪副的不同之處在于不能定義接觸點(diǎn),只能輸入比率且蝸桿為主運(yùn)動(dòng)。
如下圖該模型。渦輪齒數(shù)30，蝸桿頭數(shù)1
1打開該模型文件進(jìn)入仿真界面，--鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)到模型名稱使之高亮后鼠標(biāo)右鍵新建仿真--動(dòng)力學(xué)--確定
2創(chuàng)建連桿，單擊連桿命令--選擇齒輪為連桿1--單擊確定。
3創(chuàng)建連桿2，單擊連桿命令-選擇蝸桿為連桿2，單擊確定。
4單擊運(yùn)動(dòng)副--選擇旋轉(zhuǎn)副--選擇連桿1--中心為齒輪軸中心點(diǎn)，矢量為垂直齒輪面-設(shè)置完成單擊驅(qū)動(dòng)
5單擊運(yùn)動(dòng)副命令--選擇旋轉(zhuǎn)副--選擇連桿2--圓心為蝸桿軸心位置，矢量為垂直蝸桿軸面--設(shè)置完成后單擊驅(qū)動(dòng)
6單擊驅(qū)動(dòng) --選擇恒定--初始速度輸入數(shù)值為80.單擊確定
7單擊齒輪副命令如圖（帶齒輪的標(biāo)志）
8第一個(gè)運(yùn)動(dòng)副選擇旋轉(zhuǎn)副J002（他是主動(dòng)輪）， 我們的第二個(gè)運(yùn)動(dòng)副選擇旋轉(zhuǎn)副J001，比率輸入4/30單擊確定。
9單擊解算方案命令--在時(shí)間輸入40步數(shù)為500，并在單擊確定按鈕開始計(jì)算打上對(duì)勾--單擊確定，開始求解。求解百分百。
10我們在單擊動(dòng)畫---單擊播放進(jìn)行仿真演示
現(xiàn)在動(dòng)是能動(dòng)了，但是明顯看起來有干涉不對(duì)，因?yàn)樵诘?步的時(shí)候，齒輪副的設(shè)置有錯(cuò)誤，正確的方式是1除以渦輪的齒數(shù)，蝸桿頭=螺旋線數(shù)，這樣才能達(dá)成齒輪的完美嚙合旋轉(zhuǎn)。
展開 渦輪機(jī)械的設(shè)計(jì)和維護(hù)仿真解決方案
本文原刊登于Ansys Blog：《Design and Maintain Turbomachinery Using Ansys Simulation Solutions》
作者：Samir Rida
編輯整理：姚翔（Ansys中國流體產(chǎn)品線高級(jí)應(yīng)用工程師）
無論是開發(fā)風(fēng)扇、泵機(jī)、壓縮機(jī)還是渦輪機(jī)，Ansys仿真軟件都能幫助您快速進(jìn)行迭代并改進(jìn)設(shè)計(jì)。在制造和測試之前，仿真可提供關(guān)鍵指標(biāo)的評(píng)估。這是一種可靠的方法，能夠在降低研發(fā)成本的同時(shí)提高效率，從而加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
Ansys仿真軟件已在多個(gè)行業(yè)和應(yīng)用中得到廣泛驗(yàn)證。這些仿真工具可提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，大幅減少制造成本和測試時(shí)間。此外，Ansys仿真軟件在開發(fā)時(shí)重視采用簡化、直觀的工作流程，讓工程師有更多時(shí)間專注于關(guān)鍵設(shè)計(jì)決策。實(shí)際上Ansys旗艦產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和葉片設(shè)計(jì)工具無關(guān)，這為設(shè)計(jì)師使用Ansys合作伙伴提供的任何葉片設(shè)計(jì)工具提供了極大的靈活性。
統(tǒng)一的產(chǎn)品組合提供綜合全面的多物理場解決方案
當(dāng)我們研究整個(gè)渦輪機(jī)解決方案時(shí)，仿真功能包括流體、熱機(jī)械、結(jié)構(gòu)以及利用Ansys旗艦產(chǎn)品的多物理場解決方案，例如Ansys Fluent、Ansys CFX、Ansys Mechanical、Ansys FENSAP-ICE和Ansys LS-DYNA等。在開始仿真和分析這些多物理場應(yīng)用時(shí)，需要確保求解器之間準(zhǔn)確高效的數(shù)據(jù)傳輸。
展開 使用 ANSYS CFX 軸流式渦輪機(jī)模擬 ￥5
使用 ANSYS CFX 對(duì)軸流式渦輪機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。對(duì)于湍流剪切應(yīng)力傳輸模型使用。附上仿真結(jié)果文件可供下載
多物理場仿真助力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)降噪
比較仿真結(jié)果與現(xiàn)有文獻(xiàn)
為了增加對(duì)分析結(jié)果的信心，我們將仿真結(jié)果與論文“Theoretical Model for Sound Radiations from Annual Jet pipes: Far- and Near-field Solution”（參見模型文檔中的參考文獻(xiàn) 1）的結(jié)果進(jìn)行了比較。舉例來說，下圖顯示了仿真研究中不同源特征模式產(chǎn)生的近場壓力。所有求解結(jié)果均基于管道內(nèi) M1 = 0.45 的馬赫數(shù)和管道外 M0 = 0.25 的馬赫數(shù)。
從上到下：（m，n）=（4，0）、（17，1）和（24，1）的近場解。
此外，我們分析了近場聲壓級(jí)和旋轉(zhuǎn)幾何的近場壓力。兩項(xiàng)研究的結(jié)果分別突出顯示在下方兩張繪圖中。
上：（m，n）=（24，1）對(duì)應(yīng)的近場聲壓級(jí)。下：（m，n）=（4，0）對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)幾何中的近場壓力。
通過對(duì)仿真結(jié)果與上文的現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行比較，我們進(jìn)一步證實(shí)了仿真結(jié)果的有效性。這種準(zhǔn)確性證明了使用 COMSOL Multiphysics 有助于減少渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的噪音污染，促進(jìn)航空業(yè)取得重大進(jìn)步。
來源：COMSOL
展開 渦輪機(jī)械的設(shè)計(jì)和維護(hù)仿真解決方案
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作者：Samir Rida
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無論是開發(fā)風(fēng)扇、泵機(jī)、壓縮機(jī)還是渦輪機(jī)，Ansys仿真軟件都能幫助您快速進(jìn)行迭代并改進(jìn)設(shè)計(jì)。在制造和測試之前，仿真可提供關(guān)鍵指標(biāo)的評(píng)估。這是一種可靠的方法，能夠在降低研發(fā)成本的同時(shí)提高效率，從而加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
Ansys仿真軟件已在多個(gè)行業(yè)和應(yīng)用中得到廣泛驗(yàn)證。這些仿真工具可提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，大幅減少制造成本和測試時(shí)間。此外，Ansys仿真軟件在開發(fā)時(shí)重視采用簡化、直觀的工作流程，讓工程師有更多時(shí)間專注于關(guān)鍵設(shè)計(jì)決策。實(shí)際上Ansys旗艦產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和葉片設(shè)計(jì)工具無關(guān)，這為設(shè)計(jì)師使用Ansys合作伙伴提供的任何葉片設(shè)計(jì)工具提供了極大的靈活性。
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展開 單級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子-CAESES仿真優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)分享
在渦輪的氣動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，因設(shè)計(jì)需求變更導(dǎo)致的渦輪葉片優(yōu)化迭代較多。目前CFD仿真技術(shù)應(yīng)用廣泛，在葉輪機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域更有多款單獨(dú)的仿真軟件。而因造型參數(shù)較多（單個(gè)葉片30個(gè)以上），渦輪葉片的優(yōu)化工作還是較為耗時(shí)繁瑣，往往只有經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師才能合理把握進(jìn)度。
本次分享的輸入條件為單級(jí)渦輪葉片，針對(duì)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化仿真。整個(gè)優(yōu)化仿真過程依賴于CAESES仿真優(yōu)化軟件進(jìn)行，主要分為CAESES參數(shù)化建模、制定仿真優(yōu)化方案、CFX仿真及腳本錄制、軟件鏈接優(yōu)化仿真四大步驟，希望本人的淺析能為大家在葉輪機(jī)葉片優(yōu)化仿真方面帶來幫助。
一、CAESES參數(shù)化建模
本方案葉型采用基于Nurbs曲線的方法進(jìn)行參數(shù)化造型，包含了前/尾緣圓弧、Nurbs曲線（5個(gè)控制點(diǎn)）、角度、位置等參數(shù)共21個(gè)（主要參數(shù)如圖2所示）。該造型方法具有光順連接、靈活多變、完全可調(diào)等特點(diǎn)，較為適合直拉式葉片的設(shè)計(jì)。
在CAESES建模過程中，采用“Feature”功能實(shí)現(xiàn)葉型參數(shù)化設(shè)計(jì)，基于“Curve Engine”進(jìn)行參數(shù)控制，最終通過“Meta Surface”曲面造型功能實(shí)現(xiàn)基于參數(shù)曲線的三維葉片造型。參數(shù)曲線以及相應(yīng)的三維葉片如圖3所示，此模型可通過參數(shù)曲線的調(diào)節(jié)控制模型的形狀變化。
二、仿真優(yōu)化方案
由于三維葉片造型參數(shù)較多，本方案采用等截面葉柵的方式對(duì)葉片進(jìn)行優(yōu)化。仿真優(yōu)化方案如圖4所示，在CAESES參數(shù)化模型進(jìn)行上，在不同葉高位置截取葉型，由直拉的方式得到等截面葉柵（如圖5所示），通過等截面葉柵葉型氣動(dòng)優(yōu)化間接實(shí)現(xiàn)三維葉片的優(yōu)化。
展開 【案例分享】Maxwell仿真幫助設(shè)計(jì)永磁風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)
【案例分享】Maxwell仿真幫助設(shè)計(jì)永磁風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)
