水輪機(jī)設(shè)計與仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：雙螺桿泵 創(chuàng)建時間：2023-06-20
水輪機(jī)設(shè)計與仿真的視頻教程
Cadence Fidelity 水泵水輪機(jī)CFD模擬解決方案和應(yīng)用
適用人群：發(fā)動機(jī)、風(fēng)機(jī)、水輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)的設(shè)計，CFD模擬從業(yè)者，高校教師及學(xué)生。
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8極4.5kW永磁同步電動機(jī)仿真設(shè)計
轉(zhuǎn)載請注明出處：8極4.5kW永磁同步電動機(jī)仿真設(shè)計https://www.yqgqt.org.cn/self?nagivator=course
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Starccm儲能風(fēng)冷/液冷系統(tǒng)熱管理設(shè)計策略與仿真-十二大專題電池儲能熱管理設(shè)計仿真入門進(jìn)階45講
課程針對工程應(yīng)用，采用的風(fēng)冷電池簇，液冷電池簇作為課程仿真演示對象，對風(fēng)冷單個電池包和液冷單個電池包模型簡化方法、網(wǎng)格劃分、仿真模型建立、工況計算依據(jù)、工況評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的講解，另外一個模塊是儲能熱管理設(shè)計和關(guān)鍵零部件選項設(shè)計。
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水輪機(jī)設(shè)計與仿真的實例教程
PART01
水輪機(jī)軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
水輪機(jī)軸作為水力發(fā)電設(shè)備的核心部件，不僅是能量轉(zhuǎn)化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)性的基石。其設(shè)計、制造與維護(hù)水平直接決定著機(jī)組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風(fēng)險能力。在鍛造工藝方面，水輪機(jī)軸面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達(dá)1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大，端部鍛造流動缺陷可能導(dǎo)致材料去除量增加，影響材料利用率，同時鍛后熱處理的淬透性控制也至關(guān)重要。傳統(tǒng)的試錯法制定工藝不僅研發(fā)周期長，試制成本也較高，因此需要在材料性能、成型精度、缺陷控制及后續(xù)處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合優(yōu)化。
PART02
Simufact Forming：鍛造工藝的“數(shù)字實驗室”
海克斯康Simufact Forming鍛造工藝仿真包括鐓粗、模鍛、拉伸、拔長、自由鍛、擠壓、輥鍛、線割、熱處理等工藝，能夠幫助用戶通過仿真的方式實現(xiàn)鍛造成形工藝虛擬試錯，通過對成形過程中材料流動、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、折疊缺陷、設(shè)備噸位、微觀晶粒等分析，幫助優(yōu)化鍛造工藝。
PART03
水輪機(jī)軸優(yōu)化材料利用率的挑戰(zhàn)
在水輪機(jī)軸的制造過程中，提高材料利用率對控制成本至關(guān)重要。材料損耗主要來自底部廢料、過渡區(qū)域切除、端部鼓包修整以及其他工藝性損耗。
該團(tuán)隊熱衷于優(yōu)化大型直徑水輪機(jī)軸鑄錠的重量，對材料利用效率提出了極高要求，這需要在整個鍛造工藝中采取系統(tǒng)性優(yōu)化措施。其中，解決端部膨脹導(dǎo)致的材料損失尤為關(guān)鍵——膨脹不僅會增加鍛件重量，還會影響最終成型精度。
傳統(tǒng)工藝通常在開槽后對底部廢料進(jìn)行熱切割，但將其整合到最終產(chǎn)品中存在技術(shù)難點。若將底部廢料保留作為軸體的一部分，雖可提高材料利用率，卻會加劇鍛造過程的復(fù)雜性：金屬流動的不可預(yù)測性可能直接影響鍛件質(zhì)量。
展開 CFD技術(shù)在水輪機(jī)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用使其地位變得越來越重要。其中主要原因是：在模型轉(zhuǎn)輪制造之前就可以采用CFD對水力設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以大大減少模型試驗的時間和費(fèi)用。其次，采用CFD可以對最終設(shè)計的轉(zhuǎn)輪葉片型線進(jìn)行優(yōu)化，這在傳統(tǒng)的模型試驗方法中是幾乎不可能的。
下文是CFD仿真技術(shù)在解決水輪機(jī)產(chǎn)品研發(fā)過程中部分常見工程問題的簡要介紹：
1、水輪機(jī)的水力設(shè)計
蝸殼的水力設(shè)計
固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉的水力設(shè)計
轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計
尾水管的水力設(shè)計
水輪機(jī)的效率是考察其性能的最重要的指標(biāo)之一。借助ANSYS強(qiáng)大的數(shù)值分析工具，工程師可以在模型實驗之前對水力設(shè)計的質(zhì)量進(jìn)行綜合且細(xì)致的評判。
2、水輪機(jī)的壓力脈動
尾水管渦帶的仿真
葉道渦、卡門渦仿真
轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉的動靜干涉
非設(shè)計工況的壓力脈動
過渡過程的壓力脈動
ANSYS軟件可以分析水輪機(jī)運(yùn)行中的非定常水力激勵力。通過比較轉(zhuǎn)輪內(nèi)與轉(zhuǎn)輪外流道的水壓力脈動特性，分析動靜干涉、葉道渦、卡門渦等引起的壓力脈動頻率與幅值特性，分析脈動傳遞與衰減等影響。總結(jié)發(fā)現(xiàn)尾水管內(nèi)渦帶引起的壓力脈動與受其影響的轉(zhuǎn)輪內(nèi)的壓力脈動的聯(lián)系，找出了兩者之間的頻率計算公式，及不同運(yùn)行工況不同渦帶特性下的計算公式的修正方法。
展開 PART01
水輪機(jī)軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
水輪機(jī)軸作為水力發(fā)電設(shè)備的核心部件，不僅是能量轉(zhuǎn)化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)性的基石。其設(shè)計、制造與維護(hù)水平直接決定著機(jī)組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風(fēng)險能力。在鍛造工藝方面，水輪機(jī)軸面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達(dá)1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大，端部鍛造流動缺陷可能導(dǎo)致材料去除量增加，影響材料利用率，同時鍛后熱處理的淬透性控制也至關(guān)重要。傳統(tǒng)的試錯法制定工藝不僅研發(fā)周期長，試制成本也較高，因此需要在材料性能、成型精度、缺陷控制及后續(xù)處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合優(yōu)化。
PART02
Simufact Forming：
鍛造工藝的“數(shù)字實驗室”
海克斯康Simufact Forming鍛造工藝仿真包括鐓粗、模鍛、拉伸、拔長、自由鍛、擠壓、輥鍛、線割、熱處理等工藝，能夠幫助用戶通過仿真的方式實現(xiàn)鍛造成形工藝虛擬試錯，通過對成形過程中材料流動、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、折疊缺陷、設(shè)備噸位、微觀晶粒等分析，幫助優(yōu)化鍛造工藝。
PART03
水輪機(jī)軸優(yōu)化材料利用率的挑戰(zhàn)
在水輪機(jī)軸的制造過程中，提高材料利用率對控制成本至關(guān)重要。材料損耗主要來自底部廢料、過渡區(qū)域切除、端部鼓包修整以及其他工藝性損耗。
該團(tuán)隊熱衷于優(yōu)化大型直徑水輪機(jī)軸鑄錠的重量，對材料利用效率提出了極高要求，這需要在整個鍛造工藝中采取系統(tǒng)性優(yōu)化措施。其中，解決端部膨脹導(dǎo)致的材料損失尤為關(guān)鍵——膨脹不僅會增加鍛件重量，還會影響最終成型精度。
傳統(tǒng)工藝通常在開槽后對底部廢料進(jìn)行熱切割，但將其整合到最終產(chǎn)品中存在技術(shù)難點。
展開 設(shè)計過程中通過改變包角曲線實現(xiàn)葉片骨線的控制，變化幅度可定量設(shè)定。葉片骨線參數(shù)化設(shè)計流程見圖1，計算過程見表1。
圖1 參數(shù)化設(shè)計流程
表1 參數(shù)化設(shè)計計算表
為降低微型余能回收水輪機(jī)的生產(chǎn)難度和成本，對過流部件適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了優(yōu)化，余能回收水輪機(jī)全流道仿真模型僅包括蝸殼、活動導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪和尾水管，如圖2所示。
圖2 余能回收水輪機(jī)全流道模型
某輸水管網(wǎng)末端壓力較高，經(jīng)測量可利用壓頭約31m，平均流量為720/h，采用余能回收水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電回收富裕的能量。基于一元理論得到軸面流線并分為若干段，然后按照參數(shù)化設(shè)計方法對每個微元段進(jìn)行計算，最終得到葉片骨線坐標(biāo)。按等厚度規(guī)律對骨線加厚并對翼型進(jìn)出口邊倒圓得到葉片翼型如圖3，設(shè)計得到的葉片骨線包角曲線如圖4。
圖3 參數(shù)化設(shè)計流程
圖4 參數(shù)化設(shè)計流程
水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口速度矩分布對性能有影響，為達(dá)到降低出口平均速度矩的目的，擬增加葉片出口邊靠近上冠側(cè)骨線包角。修改前、后葉片骨線參數(shù)曲線變化如圖5，不同流面層上葉片骨線的包角是均勻變化的，改后葉片骨線仍然保持光滑，見圖6。
展開 本報告中采用TCFD軟件對弗朗西斯水輪機(jī)進(jìn)行了CFD仿真驗證，該項目與水輪機(jī)制造公司Hidroenergia共同完成。項目中對某現(xiàn)有實際水輪機(jī)進(jìn)行了試驗測試，并將測試數(shù)據(jù)與TCFD的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，TCFD仿真得到的水輪機(jī)效率、功率等數(shù)據(jù)與試驗結(jié)果高度吻合。
基準(zhǔn)參數(shù)：
設(shè)計流速：10m/s
葉片數(shù)：13
轉(zhuǎn)速：600 RPM
功率：3000 kW
流動模型：不可壓
參考密度：996 kg/m3
網(wǎng)格數(shù)：500萬
動力粘性系數(shù)：1.0*10-3 Pa?s
流動介質(zhì)：水
湍流模型：realizable k-epsilon
流體域：4
湍流強(qiáng)度：5%
弗朗西斯水輪機(jī)-FORTUNA二級水電站
弗朗西斯水輪機(jī)是一種結(jié)合了徑向和軸向流動的內(nèi)流式反擊式水輪機(jī)，是當(dāng)今最常用的水輪機(jī)形式。在本次仿真測試中研究的這款弗朗西斯水輪機(jī)被用在巴西的米納斯吉拉斯州的FORTUNA二級水電站上。該水電站擁有三臺弗朗西斯水輪機(jī)，下方的圖片展示了機(jī)組的安裝過程。
弗朗西斯水輪機(jī)由以下幾個主要部件組成：
蝸殼：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪周圍的螺旋殼體稱為蝸殼。水流進(jìn)入蝸殼后，經(jīng)過導(dǎo)葉進(jìn)入葉輪對葉輪做功，蝸殼的橫截面積沿圓周均勻減小，所以流體在不同位置進(jìn)入葉片時能夠保持接近恒定的速度。
導(dǎo)流和支撐葉片：導(dǎo)流和支撐葉片的主要功能是將流體的勢能轉(zhuǎn)換為動能，并將流體以設(shè)計角度引導(dǎo)到工作葉片。
工作葉片（葉輪）：工作葉片是水輪機(jī)的心臟。它們是水輪機(jī)工作的中心，水流沖擊產(chǎn)生的切向力使葉輪旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生扭矩。
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水輪機(jī)設(shè)計與仿真的最新內(nèi)容
本文原刊登于Ansys.com：《Boost Your Ansys Workflow: 5 Tips for Faster, More Accurate Structural Checks》
編輯整理：邱成宇 | Ansys 高級應(yīng)用工程師
在結(jié)構(gòu)工程中，精度和效率是必須滿足的目標(biāo)。由于項目變得越來越復(fù)雜，能夠在確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時簡化工作流程，對于取得成功的結(jié)果非常關(guān)鍵。
本文將介紹使用
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術(shù)語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進(jìn)趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以 “一期一會” 的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜遥瑖@Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動駕駛
隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速和“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，綠色建筑與宜居環(huán)境成為城市發(fā)展的核心議題。“十四五”規(guī)劃明確提出“提升城市建設(shè)智慧化水平，發(fā)展智能建造”，對建筑能效與環(huán)境適應(yīng)性提出了要求。[1]在這一背景下，建筑風(fēng)環(huán)境仿真技術(shù)正成為優(yōu)化人居環(huán)境、保障建筑安全的關(guān)鍵支撐。CAE風(fēng)環(huán)境仿真技術(shù)，通過高精度數(shù)值模擬還原真實風(fēng)場與建筑的相互作用，為建筑可持續(xù)設(shè)計提供科學(xué)決策依據(jù)。
今日16:00，Ansys官方『Ansys高校系列專題：方程式賽車的智能化仿真設(shè)計』研討會研討會將基于Mechanical、Fluent、Discovery講解賽車結(jié)構(gòu)與熱流體核心仿真，建立從概念驗證到詳細(xì)分析的完整研發(fā)流程。感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時間：5月13日（星期三），16:00-17:00
內(nèi)容簡介：
1、基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應(yīng)用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應(yīng)用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業(yè)最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導(dǎo)體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團(tuán)隊及資深顧問
課程費(fèi)用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費(fèi)、開票稅金、午餐費(fèi))
課程簡介
授課時間：：2026/5/28（四）-5/29（五）（各城市并行開課）
課程時數(shù)：2天/城市
授課地點：深圳市光明區(qū)鳳凰街道尚智科技園1棟B座1503
課程講師：訊技光電工程師隊
課程費(fèi)用：3600RMB/1人次
(課程包含課程材料費(fèi)、開票稅金、午餐費(fèi))
課程簡介
Course Introduction
光柵是現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中最為常用的一種衍射光學(xué)元件
工程系統(tǒng)動力學(xué)、建模、仿真與設(shè)計：拉格朗日圖與鍵圖方法
工程系統(tǒng)動力學(xué)、建模、仿真與設(shè)計.epub
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英文 |EPUB（真實）|2021年 |217頁 |ISBN ：無 |20.4 MB
本書介紹了有效的系統(tǒng)建模方法，包括拉格朗日圖和鍵圖，以及相關(guān)工程軟件工具20-sim的應(yīng)用。內(nèi)容面向工程學(xué)生和該領(lǐng)域的專業(yè)人士，支持他們理解和應(yīng)用這些建模
工程系統(tǒng)動力學(xué)、建模、仿真與設(shè)計：拉格朗日圖與鍵圖方法
工程系統(tǒng)動力學(xué)、建模、仿真與設(shè)計.epub
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英文 |EPUB（真實）|2021年 |217頁 |ISBN ：無 |20.4 MB
本書介紹了有效的系統(tǒng)建模方法，包括拉格朗日圖和鍵圖，以及相關(guān)工程軟件工具20-sim的應(yīng)用。內(nèi)容面向工程學(xué)生和該領(lǐng)域的專業(yè)人士，支持他們理解和應(yīng)用這些建模
在CAE（計算機(jī)輔助工程）領(lǐng)域，有一個共識：工程師80%的時間都耗費(fèi)在有限元模型的建立、幾何清理與網(wǎng)格劃分上，而真正的仿真求解僅占20%。這一行業(yè)痛點，催生了對高效、精準(zhǔn)、靈活的仿真前處理工具的極致需求，而Altair HyperMesh，正是憑借數(shù)十年的技術(shù)沉淀，成為全球工程師公認(rèn)的“網(wǎng)格王者”，重新定義了CAE仿真的效率與精度邊界，成為汽車、航空航天、重型設(shè)備等多行業(yè)創(chuàng)新研發(fā)的核心支撐。
