Ansys壓縮仿真的案例
ANSYS CFX 壓縮機仿真-離心壓縮機葉輪
本文利用CFX模擬離心壓縮機葉輪的氣動性能。
注：本文采用CFX 2019R2進行演示
1 幾何模型
幾何模型來自ANSYS-CFX的教程文檔。下圖是幾何模型的示意圖。這個葉輪有24個葉片，以22360rpm的轉(zhuǎn)速繞Z軸旋轉(zhuǎn)。
△ 幾何模型示意圖
2 BladeGen定義幾何
啟動Workbench 2019 R2，將BladeGen模塊拖入工程視圖，右擊
A2：Blade Design→Properties，在屬性面板中設(shè)置如下圖所示
△ 屬性設(shè)置
加載創(chuàng)建好的葉輪。
ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內(nèi)部流程并實現(xiàn)參數(shù)化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質(zhì)為空氣，葉輪轉(zhuǎn)速155733 rpm，沿z軸旋轉(zhuǎn)。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設(shè)置
進入
General設(shè)置面板，保持默認設(shè)置
設(shè)置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設(shè)置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設(shè)置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設(shè)置。
展開 ANSYS CFX-壓縮機CFD仿真流程
CFX-壓縮機仿真
壓縮機的仿真涉及到的是可壓縮流體的一個仿真，所以本次的課程主要涉及到的是可壓縮流體的一個仿真流程。
ANSYS Forte對容積式壓縮機的仿真優(yōu)勢及應(yīng)用
容積式壓縮機內(nèi)部涉及到可壓縮的高流速動與多相流，由于相間作用復(fù)雜、界面捕捉困難、氣液比高等問題，通過仿真解決壓縮機內(nèi)部的多相流問題存在較大困難，另外壓縮機運行過程中存在的共軛傳熱、流固耦合等問題，均對CFD求解器在求解設(shè)置和收斂性上有較高要求。
壓縮機的運行是一個動態(tài)過程，因此在模擬時多采用非穩(wěn)態(tài)的仿真計算，但由于較小的時間步長和比較大的求解區(qū)域，會導致計算時間長、計算量大等問題；同時想要得到動態(tài)的溫度和壓力分布，后處理也會較為復(fù)雜。
ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優(yōu)勢
傳統(tǒng)的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網(wǎng)格來處理，即在每一個時間步長下網(wǎng)格的節(jié)點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態(tài)可壓縮的流動，網(wǎng)格自動生成且不需要提前生成網(wǎng)格，可用于計算往復(fù)式活塞壓縮機、螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機等多種壓縮機形式。
在仿真過程當中，F(xiàn)orte可以自動檢測面與面之間小的間隙并進行網(wǎng)格加密處理，同時采用經(jīng)驗間隙模型（Empirical gap model）來補償間隙中分辨率差的網(wǎng)格。當研究間隙大小對壓縮機的性能影響時，我們不需重新建立不同間隙大小的幾何模型，來對比不同尺寸下的間隙流動特征，而直接通過基于泊肅葉流動剪切應(yīng)力的經(jīng)驗間隙模型來得到間隙內(nèi)的流動特征，從而解決了間隙網(wǎng)格質(zhì)量差帶來的問題，同時不影響計算速度以及精度。
ANSYS Forte推薦采用Ensight對計算結(jié)果進行后處理，瞬態(tài)計算過程中，計算結(jié)果可直接立刻動態(tài)傳輸給Ensight進行分析，從而得到詳細的溫度以及壓力場信息等，同時還可以查看任意位置的網(wǎng)格特征。
展開 
ANSYS Forte對容積式壓縮機的仿真優(yōu)勢及應(yīng)用
容積式壓縮機內(nèi)部涉及到可壓縮的高流速動與多相流，由于相間作用復(fù)雜、界面捕捉困難、氣液比高等問題，通過仿真解決壓縮機內(nèi)部的多相流問題存在較大困難，另外壓縮機運行過程中存在的共軛傳熱、流固耦合等問題，均對CFD求解器在求解設(shè)置和收斂性上有較高要求。
壓縮機的運行是一個動態(tài)過程，因此在模擬時多采用非穩(wěn)態(tài)的仿真計算，但由于較小的時間步長和比較大的求解區(qū)域，會導致計算時間長、計算量大等問題；同時想要得到動態(tài)的溫度和壓力分布，后處理也會較為復(fù)雜。
ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優(yōu)勢
傳統(tǒng)的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網(wǎng)格來處理，即在每一個時間步長下網(wǎng)格的節(jié)點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態(tài)可壓縮的流動，網(wǎng)格自動生成且不需要提前生成網(wǎng)格，可用于計算往復(fù)式活塞壓縮機、螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機等多種壓縮機形式。
在仿真過程當中，F(xiàn)orte可以自動檢測面與面之間小的間隙并進行網(wǎng)格加密處理，同時采用經(jīng)驗間隙模型（Empirical gap model）來補償間隙中分辨率差的網(wǎng)格。當研究間隙大小對壓縮機的性能影響時，我們不需重新建立不同間隙大小的幾何模型，來對比不同尺寸下的間隙流動特征，而直接通過基于泊肅葉流動剪切應(yīng)力的經(jīng)驗間隙模型來得到間隙內(nèi)的流動特征，從而解決了間隙網(wǎng)格質(zhì)量差帶來的問題，同時不影響計算速度以及精度。
ANSYS Forte推薦采用Ensight對計算結(jié)果進行后處理，瞬態(tài)計算過程中，計算結(jié)果可直接立刻動態(tài)傳輸給Ensight進行分析，從而得到詳細的溫度以及壓力場信息等，同時還可以查看任意位置的網(wǎng)格特征。
展開 ANSYS Forte對容積式壓縮機的仿真優(yōu)勢及應(yīng)用
容積式壓縮機內(nèi)部涉及到可壓縮的高流速動與多相流，由于相間作用復(fù)雜、界面捕捉困難、氣液比高等問題，通過仿真解決壓縮機內(nèi)部的多相流問題存在較大困難，另外壓縮機運行過程中存在的共軛傳熱、流固耦合等問題，均對CFD求解器在求解設(shè)置和收斂性上有較高要求。
壓縮機的運行是一個動態(tài)過程，因此在模擬時多采用非穩(wěn)態(tài)的仿真計算，但由于較小的時間步長和比較大的求解區(qū)域，會導致計算時間長、計算量大等問題；同時想要得到動態(tài)的溫度和壓力分布，后處理也會較為復(fù)雜。
ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優(yōu)勢
傳統(tǒng)的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網(wǎng)格來處理，即在每一個時間步長下網(wǎng)格的節(jié)點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態(tài)可壓縮的流動，網(wǎng)格自動生成且不需要提前生成網(wǎng)格，可用于計算往復(fù)式活塞壓縮機、螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機等多種壓縮機形式。
在仿真過程當中，F(xiàn)orte可以自動檢測面與面之間小的間隙并進行網(wǎng)格加密處理，同時采用經(jīng)驗間隙模型（Empirical gap model）來補償間隙中分辨率差的網(wǎng)格。當研究間隙大小對壓縮機的性能影響時，我們不需重新建立不同間隙大小的幾何模型，來對比不同尺寸下的間隙流動特征，而直接通過基于泊肅葉流動剪切應(yīng)力的經(jīng)驗間隙模型來得到間隙內(nèi)的流動特征，從而解決了間隙網(wǎng)格質(zhì)量差帶來的問題，同時不影響計算速度以及精度。
展開 仿真案例｜使用Ansys綜合設(shè)計提高曝氣壓縮機的效率
為了設(shè)計這些壓縮機的前一代，有經(jīng)驗的設(shè)計師使用了經(jīng)驗方法。該過程首先使用一維分析和工程直覺，獲得了具有合理效率水平的初始設(shè)計。其次建立了一個臺架模型，方便進行粗略的性能測試。葉輪機械設(shè)計人員審查了試驗結(jié)果，并對哪些設(shè)計變更可能帶來顯著的性能改進作出了有根據(jù)的猜測。這些設(shè)計人員能夠?qū)崿F(xiàn)重大改進，但不能完全優(yōu)化設(shè)計。全尺寸原型并不總是符合設(shè)計規(guī)格，這就需要昂貴的原型建造和物理測試的額外周期。
2 新型離心壓縮機
為了設(shè)計用于廢水處理行業(yè)的最新單級離心式壓縮機，大陸工業(yè)公司從設(shè)計過程開始就利用模擬來優(yōu)化設(shè)計，然后再投入物理原型。
Continental Industrie選擇Ansys集成方法進行渦輪機設(shè)計有以下幾點原因：Ansys解決方案的易用性使其能夠在短時間內(nèi)定義完整的工作流程和方法；Ansys參數(shù)化平臺讓團隊可以探索完整的設(shè)計空間，高精度確定最優(yōu)解決方案，消除猜測工作；并且流動和結(jié)構(gòu)工程團隊都使用相同的設(shè)計幾何結(jié)構(gòu)工作，這使得將兩種模擬類型合并到優(yōu)化中成為可能。
3 工程師運用Ansys Workbench輕松設(shè)計和優(yōu)化壓縮機
4 工程師使用仿真模擬來實現(xiàn)新產(chǎn)品的設(shè)計目標
初步設(shè)計
Continental Industrie工程師使用Ansys Vista CCD工具（與Ansys BladeModeler軟件一起使用）根據(jù)輸入?yún)?shù)（如壓力比、質(zhì)量流量、旋轉(zhuǎn)速度和其他幾何約束）對壓縮機進行初步設(shè)計或尺寸確定。他們手工評估了大約50個葉輪葉片，對不同參數(shù)的影響有知情理解。然后使用Ansys DesignXplorer對約200多個設(shè)計進行了設(shè)計評估，達到從一維角度充分優(yōu)化變化。Vista CCD提供的非常短的運行時間使得我們可以在不到一分鐘的時間內(nèi)評估每個設(shè)計。
展開 壓縮機仿真：補氣式滾動轉(zhuǎn)子壓縮機的CFD仿真及優(yōu)化研究
壓縮機出口閥片和補氣結(jié)構(gòu)的閥片，其打開和關(guān)閉過程受流場作用和閥片結(jié)構(gòu)本身的材質(zhì)影響，需要考慮整個過程的流固耦合作用，通常需要構(gòu)建動力學模型描述整個運動過程，同時需要將運動規(guī)律映射到網(wǎng)格運動，使閥片的開關(guān)過程與動網(wǎng)格描述保持一致。
需要考慮制冷劑介質(zhì)的真實氣體物性。
02
基于Simerics-MP+的滾動活塞壓縮機CFD分析解決方案
基于上述CFD分析技術(shù)難點的概述，采用通用的CFD仿真技術(shù)并不能較好的解決滾動轉(zhuǎn)子壓縮機的熱力學仿真分析。基于此，本文將介紹一種專業(yè)型壓縮機CFD仿真分析工具SimericsMP+進行補氣式滾動轉(zhuǎn)子壓縮機仿真的方法。
Simerics-MP+（原PumpLinx）為專業(yè)級的具有多領(lǐng)域獨特應(yīng)用優(yōu)勢的CFD仿真工具，具備包括船舶、車輛、葉輪機械、容積式泵/壓縮機、閥門以及系統(tǒng)仿真等在內(nèi)的多個專業(yè)模塊，可針對不同的領(lǐng)域分析特點準確高效的完成網(wǎng)格劃分、動網(wǎng)格設(shè)置、計算模型設(shè)置計算以及后處理等工作。
展開 壓縮機仿真學習：離心壓縮機參數(shù)辨識
文章來源：壓縮機網(wǎng)
螺桿壓縮機仿真：Simerics 螺桿壓縮機網(wǎng)格模板介紹
螺桿式壓縮機又稱螺桿壓縮機，分為單螺桿式壓縮機及雙螺桿式壓縮機。由于其結(jié)構(gòu)簡單、易損件少，能在大的壓力差或壓力比的工況下工作，排氣溫度低，對制冷劑中含有大量的潤滑油不敏感，有良好的輸氣量調(diào)節(jié)性，螺桿式壓縮機廣泛地應(yīng)用在冷凍、冷藏、空調(diào)和化工工藝等制冷裝置上。此外，以螺桿式壓縮機為主機的螺桿式熱泵廣泛應(yīng)用在采暖空調(diào)方面，有空氣熱源型、水熱泵型、熱回收型、冰蓄冷型等。
其中，單螺桿壓縮機主要由一個圓柱形螺桿、兩個平面星輪和機殼組成的。螺桿和星輪組成嚙合副裝在機殼內(nèi)，由螺桿槽、星輪、機殼組成密封容積變化的氣腔。當螺桿主軸在外部電機的驅(qū)動下運轉(zhuǎn)時，星輪也隨著螺桿運轉(zhuǎn)。兩個星輪將螺桿分成對稱獨立的封閉空間，當螺桿轉(zhuǎn)動時,星輪在螺旋槽內(nèi)相對運動，改變星輪、螺旋槽、機殼組成的密封空間的大小，實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣的過程。
圖1 單螺桿壓縮機
單螺桿壓縮機雖然具有零部件少、重量輕、機械效率高、噪聲低和振動小等優(yōu)勢，但由于其結(jié)構(gòu)緊湊，壓縮機轉(zhuǎn)子齒頂密封齒與殼體之間的泄露間隙非常小，使得其三維CFD仿真變得十分困難。
展開 BCC點陣結(jié)構(gòu)梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質(zhì)量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結(jié)構(gòu)進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結(jié)構(gòu)，壓頭設(shè)置為剛性面，添加質(zhì)量縮放，加快運算速度，為點陣結(jié)構(gòu)壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結(jié)構(gòu)。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結(jié)構(gòu)，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設(shè)置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結(jié)果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設(shè)置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應(yīng)力應(yīng)變值見下表所示。
設(shè)置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設(shè)置。
4.設(shè)置分析步Dynamic,Explicit，時間設(shè)置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質(zhì)量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
5.設(shè)置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數(shù)為0.3，設(shè)置通用接觸。
以下部分為付費部分
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壓縮機仿真學習：影響離心壓縮機特性曲線的參數(shù)，你了解過嗎?
離心壓縮機機理模型在仿真時，壓縮機的溫度、壓力、流量以及其它成分均來自現(xiàn)場DCS讀取的過程數(shù)據(jù)。一般在設(shè)計工況附近，壓縮機有最高效率，流動情況最完善；當流量增大時，由于摩擦損失和沖擊損失明顯增大，級效率將下降；當流量減小時，分離沖擊損失明顯減小。
此外，由于流量減小，相對的漏氣損失和輪阻損失也增大，所以也使級效率降低。壓縮機性能不僅反映了級壓比、效率等與流量的關(guān)系外，也反映了級的穩(wěn)定工況范圍的大小。
文章來源：蚌埠榮強壓縮機
離心式壓縮機仿真案例
2D模型共節(jié)點網(wǎng)格劃分；
穩(wěn)態(tài)求解，流體材料默認為空氣，標準k-e湍流模型和增強型壁面函數(shù)，動域繞z軸正方向順時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為2500rpm；
自然壓力入口和出口邊界，壓力入口和壓力出口邊界的壓力值均設(shè)置為0Pa；
葉片壁面作為旋轉(zhuǎn)部件定義相對于相鄰區(qū)域（動域）的旋轉(zhuǎn)速度為0，其他保持默認設(shè)置；
交界面網(wǎng)格邊界設(shè)置，自動創(chuàng)建交界面邊界，生成內(nèi)部域邊界類型；
離散算法，只修改湍動能和耗散率為二階迎風格式，提高仿真精度，連續(xù)方程殘差設(shè)置為10e-5；
采用默認“Hybrid Initialization”進行初始化，為具有復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)的工況提供更好初始化速度和壓力場比“Standard Initialization”形式，更有助于計算收斂；
四、仿真結(jié)果
壓力分布云圖；
文章來源：CFD小學生
展開 空氣壓縮機優(yōu)化仿真 ￥300
1.疑問解答：
1）為什么整機仿真葉輪出口和單流道仿真葉輪出口總壓、總溫不一致
2）為什么整機仿真葉輪出口總溫總壓計算出來的效率比蝸殼出口總溫總壓計算出來的效率低，為什么整機仿真蝸殼出口總壓和總溫比葉輪出口總壓總溫高
3）仿真結(jié)果異常的原因是什么，如何去修正
2.簡單優(yōu)化，額定點蝸殼出口整機效率提高到74%以上
渦旋壓縮機的虛擬建模與運動仿真
摘 要: 為了分析渦旋壓縮機運動機構(gòu)的動力特性和運動規(guī)律，根據(jù)渦旋壓縮機的結(jié)構(gòu)和工作原理，采用三維實體建模和虛擬樣機軟件對其運動機構(gòu)進行了三維實體建模，通過渦旋壓縮機的運動仿真，獲得了準確的運動學參數(shù)曲線，保證了渦旋壓縮機設(shè)計的正確性和可靠性，提高了整體設(shè)計效率和精度。
關(guān)鍵詞: 渦旋壓縮機; 虛擬建模; 運動仿真
前言：虛擬樣機( Visual Prototype) 技術(shù)是通過計算機等技術(shù)手段把產(chǎn)品資料集成到一個可視化環(huán)境中，實現(xiàn)產(chǎn)品的仿真分析。使用系統(tǒng)仿真軟件，可以在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運動，不斷修改設(shè)計缺陷及改進系統(tǒng)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計方案，最終做出比較理想的物理樣機［1］。
在眾多的商業(yè)產(chǎn)品中，美國 MDI 公司的 ADAMS軟件是最具權(quán)威性、應(yīng)用范圍最廣的虛擬樣機仿真軟件。它不但可以方便快捷地對虛擬樣機進行靜力學、運動學和動力學分析，而且其開放的程序結(jié)構(gòu)和接口還使它成為特殊行業(yè)用戶進行特殊虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具［2］。本文采用ADAMS 軟件對高效低噪渦旋壓縮機的運動機構(gòu)進行仿真研究。
渦旋壓縮機的結(jié)構(gòu)與工作原理渦旋壓縮機主要由動渦旋盤、靜渦旋盤、十字滑環(huán)、曲軸和支架體等零件組成
渦旋壓縮機的基本結(jié)構(gòu)2012 年第 40 卷第 1 期 流 體 機 械 17動、靜渦旋盤偏心一定距離相錯某一角度安置在一起。動靜渦旋齒相互嚙合后形成多個封閉容積，動渦旋在曲軸驅(qū)動和防自轉(zhuǎn)機構(gòu)限制下，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)平動運動。使動、靜渦旋齒相互嚙合形成的月牙形封閉容積發(fā)生周期變化，實現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排氣，參見圖 2 所示。
渦旋壓縮機工作原理3 公轉(zhuǎn)型渦旋壓縮機運動機構(gòu)圖 3、圖 4 示出渦旋式壓縮機的運動機構(gòu)模型。
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