ansys膨脹機仿真的案例
案例 | 螺桿膨脹機仿真與測試
容積式旋轉機械（如雙螺桿膨脹機）的數值模擬已被證明是一項非常具有挑戰的工作，其特點在于隨時間變化的腔室體積伴隨著復雜的流動物理問題。
此外，腔內間隙、軸向間隙和齒間嚙合間隙所引發的間隙流動，對整個機械的效率將產生嚴重的影響。因此，CFX Berlin在一臺雙螺桿膨脹機上進行了實驗和仿真的對比。
流體-結構相互作用將會與多項流一樣，是未來數值研究領域的挑戰。這是由于數值工作明顯增加，尤其是在雙向流固耦合領域。
此外，縮短仿真時間的理論變得更詳細，如，初始化噴油的合適性或者與結構力學的耦合動態分析。對于這些挑戰，仍然需要可靠的實驗數據來評判數值結果的準確性。
下面來看一下在最近工作中的一些研究內容。
以下給出了德國多特蒙德大學的SE-51.2螺桿膨脹機的CFD計算結果。仿真計算求解器采用的是ANSYS CFX，計算網格則是采用CFX Berlin的TwinMesh網格生成工具。
SE-51.2為無傳動、干式雙螺桿膨脹機，其通過膨脹空氣（壓比6:1）將熱能轉化為機械能，轉速達到20000rpm。
膨脹機的體積比為2.5，軸長為51mm，陽轉子每周位移容積為285cm3。計算的數值模型包括完整的間隙，在幾個不同的轉速下，CFD結果與測試進行了比較。
SE-51.2的CFD仿真結果與實驗數據比對顯示，膨脹機內的工作機理和流動狀態與仿真吻合的很好。它能夠解釋想節流、腔室回填及間隙泄露等現象。此外，流量在整體上與實驗獲得非常大的一致性。
大多數情況下，CFD很容易允許對變化的間隙或者變化的工況點進行分析。關于進一步的研究，準確建立泄露源（即所有間隙真實的模型）應該特別關注，因為這回嚴重影響到機械運行過程中的特征。
展開 基于Adams與Ansys的噴漿機斷臂仿真分析 附ANSYS和ADAMS聯合仿真步驟--剛柔混合模型
來源：仿真學習與應用
案例簡介
本案例源自某公司噴漿機產品在工程使用中出現機械臂裂縫甚至斷裂的真實情況。該噴漿機機械臂在頻繁的啟停時，后臂處出現裂口后斷裂，可能造成嚴重安全事故。為分析機械臂斷裂的原因，并對其結構強度進行進一步的改進，本案列運用Adams和Ansys對機械臂的運動學與動力學模型和后臂有限元模型進行建模分析。
基于Adams的運動學與動力學建模與仿真
在對噴漿機進行有限元強度分析前，需要對噴漿機的工況進行綜合考慮，分析出后臂最危險的工況，在對其進行其加載分析。為了分析噴漿機在不同姿態工作時的受力情況，利用動力學分析仿真軟件Adams對噴漿機機械臂系統進行仿真。
1.模型建立
從Solidworks建立好的機械臂裝配CAD模型導入Adams中，定義各構件質量信息、各運動副的約束。得到Adams運動學與動力學模型。
Adams運動學與動力學模型
2.定義外作用力
分析噴漿頭受力可知，噴漿輸送的流量為最大30方/小時，1方混凝土按2400kg來算；噴漿口直徑55mm；空壓機的流量為11方/小時。經過計算，在噴漿頭處添加噴漿時軟管和軟管內的混凝土對噴漿頭的作用力約2000N。此外，在俯仰臂一側還支撐一段輸送混凝土的管道，作用力約1500N。
3.根據工況設置驅動
在液壓油缸處運動副上定義驅動，以模擬工程使用中的實際工況。
仿真工況描述：機械臂從初始位置向上揚起到仰角最大位置，然后向下運動到初始位置。（初始位置為大臂和伸縮臂均水平，伸縮臂縮到最短位置）。
展開 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部流程并實現參數化的一般流程。
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。
流體介質為空氣，葉輪轉速155733 rpm，沿z軸旋轉。
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設置
進入
General設置面板，保持默認設置
設置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設置。
展開 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的轉速繞Z軸旋轉。
△ 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，在屬性面板中設置如下圖所示
△ 屬性設置
加載創建好的葉輪。
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 ACP 復合材料鋪層無人機結構仿真，附帶詳細講解視頻和案例模型 ￥158
附帶詳細講解視頻和案例模型
復合材料因其高比強度、可設計性強等特點，在無人機輕量化結構中應用廣泛。本文基于ANSYS軟件平臺，詳細闡述復合材料無人機結構仿真的全流程操作，涵蓋幾何處理、材料定義、鋪層設計、載荷施加及結果驗證等關鍵環節。通過本文，用戶可系統掌握復合材料結構仿真技術，優化無人機設計，確保結構安全性與可靠性。
幾何模型預處理
抽殼處理（Shell Extraction）無人機結構多為薄壁殼體，需將實體模型轉換為殼單元以提升計算效率。操作路徑：Geometry > 右鍵部件 > 選擇“抽殼”，輸入設計厚度（如0.2mm）。
注意事項：抽殼后需檢查面法向方向（Tools > 面法向），確保所有面外法向一致，避免后續分析中出現應力方向錯誤。對于多曲面模型，抽殼可能導致局部厚度不均，需通過“偏置面”功能手動調整。
細節簡化，刪除非關鍵特征：移除直徑小于2mm的孔、倒角及裝飾性結構（選中孔邊緣 > Delete）。
合并面：針對相鄰面片，使用“合并面”工具（Tools > 合并面）消除微小間隙或尖角。案例：機翼與機身連接處常存在微小面片，合并后可提升網格質量。若模型關于XY平面對稱，可僅處理單側結構，再通過鏡像生成整體（Tools > 鏡像）。鏡像驗證：鏡像后需檢查對稱面是否完全貼合，避免因公差導致網格不連續。
刪除冗余部件，移除內部支撐管、非承重連接件等，僅保留主承力結構。示例：無人機起落架安裝座若與靜力分析無關，可直接刪除以簡化模型。
接下來我們將進行建模處理，首先打開軟件，主要工作是劃分網格并進行命名。在這一過程中，添加的元素對分析并無實際影響，關鍵在于確保能夠進行計算。相關屬性的設置將在后續的ACP階段進行。
展開 ANSYS Forte對容積式壓縮機的仿真優勢及應用
容積式壓縮機內部涉及到可壓縮的高流速動與多相流，由于相間作用復雜、界面捕捉困難、氣液比高等問題，通過仿真解決壓縮機內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求解器在求解設置和收斂性上有較高要求。
壓縮機的運行是一個動態過程，因此在模擬時多采用非穩態的仿真計算，但由于較小的時間步長和比較大的求解區域，會導致計算時間長、計算量大等問題；同時想要得到動態的溫度和壓力分布，后處理也會較為復雜。
ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優勢
傳統的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網格來處理，即在每一個時間步長下網格的節點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態可壓縮的流動，網格自動生成且不需要提前生成網格，可用于計算往復式活塞壓縮機、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，Forte可以自動檢測面與面之間小的間隙并進行網格加密處理，同時采用經驗間隙模型（Empirical gap model）來補償間隙中分辨率差的網格。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力的經驗間隙模型來得到間隙內的流動特征，從而解決了間隙網格質量差帶來的問題，同時不影響計算速度以及精度。
ANSYS Forte推薦采用Ensight對計算結果進行后處理，瞬態計算過程中，計算結果可直接立刻動態傳輸給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格特征。
展開 用戶作品賞析 | 基于Ansys的發電機系統仿真技術
應用于航空航天領域的發電機在工作時會受到多種復雜惡劣的環境的影響，同時發電機輸出性能與電源變換器之間的控制策略密切相關，利用Ansys Twin Builder 平臺搭建發電機控制系統仿真模型，并對發電系統設計方案在各類復雜工況下進行預先評估，可以有效提高發電機系統研制成功率和可靠性。
關于作者
楊都 | 貴州航天林泉電機 研發工程師
畢業于沈陽工業大學電機與電器專業。主要研究方向為航空航天領域的特種電機電磁優化設計、控制一體化場路協同仿真、結構場耦合仿真等，精通Ansys Maxwell、Twin Builder、Workbench、MortorCAD、MATLAB/simulink等軟件，擁有多個航空航天領域的永磁同步起發電機、無刷直流起動電機、直流有刷起發電機、開關磁阻起發電機、三級式起發電機項目研制經驗。
作品一覽
展開 仿真案例｜使用Ansys綜合設計提高曝氣壓縮機的效率
為了設計這些壓縮機的前一代，有經驗的設計師使用了經驗方法。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。葉輪機械設計人員審查了試驗結果，并對哪些設計變更可能帶來顯著的性能改進作出了有根據的猜測。這些設計人員能夠實現重大改進，但不能完全優化設計。全尺寸原型并不總是符合設計規格，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
為了設計用于廢水處理行業的最新單級離心式壓縮機，大陸工業公司從設計過程開始就利用模擬來優化設計，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定義完整的工作流程和方法；Ansys參數化平臺讓團隊可以探索完整的設計空間，高精度確定最優解決方案，消除猜測工作；并且流動和結構工程團隊都使用相同的設計幾何結構工作，這使得將兩種模擬類型合并到優化中成為可能。
3 工程師運用Ansys Workbench輕松設計和優化壓縮機
4 工程師使用仿真模擬來實現新產品的設計目標
初步設計
Continental Industrie工程師使用Ansys Vista CCD工具（與Ansys BladeModeler軟件一起使用）根據輸入參數（如壓力比、質量流量、旋轉速度和其他幾何約束）對壓縮機進行初步設計或尺寸確定。他們手工評估了大約50個葉輪葉片，對不同參數的影響有知情理解。然后使用Ansys DesignXplorer對約200多個設計進行了設計評估，達到從一維角度充分優化變化。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評估每個設計。
展開 ANSYS Forte對容積式壓縮機的仿真優勢及應用
容積式壓縮機內部涉及到可壓縮的高流速動與多相流，由于相間作用復雜、界面捕捉困難、氣液比高等問題，通過仿真解決壓縮機內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求解器在求解設置和收斂性上有較高要求。
壓縮機的運行是一個動態過程，因此在模擬時多采用非穩態的仿真計算，但由于較小的時間步長和比較大的求解區域，會導致計算時間長、計算量大等問題；同時想要得到動態的溫度和壓力分布，后處理也會較為復雜。
ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優勢
傳統的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網格來處理，即在每一個時間步長下網格的節點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態可壓縮的流動，網格自動生成且不需要提前生成網格，可用于計算往復式活塞壓縮機、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，Forte可以自動檢測面與面之間小的間隙并進行網格加密處理，同時采用經驗間隙模型（Empirical gap model）來補償間隙中分辨率差的網格。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力的經驗間隙模型來得到間隙內的流動特征，從而解決了間隙網格質量差帶來的問題，同時不影響計算速度以及精度。
ANSYS Forte推薦采用Ensight對計算結果進行后處理，瞬態計算過程中，計算結果可直接立刻動態傳輸給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格特征。
展開 ANSYS Forte對容積式壓縮機的仿真優勢及應用
容積式壓縮機內部涉及到可壓縮的高流速動與多相流，由于相間作用復雜、界面捕捉困難、氣液比高等問題，通過仿真解決壓縮機內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求解器在求解設置和收斂性上有較高要求。
壓縮機的運行是一個動態過程，因此在模擬時多采用非穩態的仿真計算，但由于較小的時間步長和比較大的求解區域，會導致計算時間長、計算量大等問題；同時想要得到動態的溫度和壓力分布，后處理也會較為復雜。
ANSYS Forte在容積式壓縮機仿真中的優勢
傳統的ANSYS CFX 或 ANSYS Fluent對容積式壓縮機的仿真均采用動網格來處理，即在每一個時間步長下網格的節點位置更新一次。ANSYS Forte在求解時采用3D瞬態可壓縮的流動，網格自動生成且不需要提前生成網格，可用于計算往復式活塞壓縮機、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，Forte可以自動檢測面與面之間小的間隙并進行網格加密處理，同時采用經驗間隙模型（Empirical gap model）來補償間隙中分辨率差的網格。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力的經驗間隙模型來得到間隙內的流動特征，從而解決了間隙網格質量差帶來的問題，同時不影響計算速度以及精度。
展開 
仿真案例｜使用Ansys CFX提高真空吸塵抽風機效率
在LSTM-Erlangen有一個完整的試驗臺，以便對徑向鼓風機進行數值和實驗研究。
真空吸塵器風扇的詳細模擬圖：包括葉輪、擴散器、排絲葉片和電機
LSTM-Erlangen專門從事真空吸塵器中使用的壓縮機，具有非常高的轉速，通常從30,000轉/分到50,000轉/分。
在對實際風機進行測量和仿真后，確定改進的設計目標。這些目標一般包括在相同的壓力和流量下實現更好的效率。以一個完整的新設計為目標時，進行全系統逆平均線設計，將葉輪、擴壓器和脫螺旋葉片視為一個單元，而非單獨的。此外，還考慮了風扇將在其中運行的系統，這樣風扇將與吸塵器的運行條件完美匹配。利用Ansys CFX對ITER風機進行CFD模擬計算,通過反向全系統平均線設計,使ITER風機的設計達到規范要求成為可能。通過這種方式，LSTM-Erlangen公司有可能將真空吸塵器風扇的效率提高10%以上。Ansys CFX的一個有價值的特性是power語法，它允許使用內聯Perl命令編寫后處理腳本。我們用這種方法獲得了驗證所需的機器內部流動的精確信息，并改進了逆全系統平均線設計。
ANSYS ICEM CFD網格生成
最后，通過仔細詳細的Ansys CFX模擬驗證和改進了設計，幾乎沒有構建昂貴原型的風險。
然后在LSTM-Erlangen的試驗臺上進行了實驗研究，并將研究結果與改進后的風機規格和CFD計算結果進行了比較。詳細的全系統仿真結果與試驗臺上的測量結果吻合得很好。
LSTM試驗臺測量與ANSYS CFX仿真的比較
如果需要進一步開發，則進行修改。經過周密的設計和Ansys CFX的CFD驗證和改進，很少需要進行額外的修改。
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