渦輪仿真的案例
利用 ANSYS Fluent 動態網格進行渦輪泵仿真的方法 ￥10
利用 ANSYS Fluent 動態網格進行渦輪泵仿真的方法
汽車渦輪機械仿真Ansys高級解決方案~
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渦輪機械的設計和維護仿真解決方案
CFX和Fluent中的高精度氣蝕模型（例如Rayleigh-Plesset）與高級多相流和湍流模型相結合，有助于渦輪機械制造商準確預測泵機的極限工況，超過該極限就會發生氣蝕并變得嚴重。
在設計具有優化冷卻模式的長壽命燃氣輪機轉子葉片與靜子葉片時，Ansys能夠準確預測通過高壓渦輪（HPT）級的熱斑遷移。設計師可以對燃燒室和HPT的聯合和/或協同仿真進行建模。使用高精度尺度求解湍流模型對具有共軛傳熱的燃燒室-渦輪葉片進行單次建模，以實現準確的熱斑跟蹤。 這有助于對轉子葉片與靜子葉片開展準確的熱管理，并顯著提高渦輪機的耐用性。
從快速簡單的寬帶噪聲源建模到使用高級尺度求解湍流模型的最綜合全面的計算氣動聲學（CAA），Ansys CFX和Fluent求解器可提供多種氣動聲學功能。
產品生命周期中的簡化和自動化仿真流程
Ansys仿真在設計流程中無處不在，而且目前，Ansys仿真已擴展到制造、運營以及維護、維修與大修（MRO），從而使仿真在整個產品生命周期中普及，并反饋到設計流程中。利用增材制造有助于突破常規設計的極限，并為可制造性的設計解鎖無限可能。
此外，通過構建降階模型（ROM）來創建數字孿生，可以實現預測性維護，并幫助提升渦輪機械的性能與可靠性。利用相同的信息可以構建機器學習算法，并使用人工智能將知識和專業技術融入設計流程。Ansys在這個連續環路中提供了前沿工具，使設計工程師能夠獲得寶貴的數據和專業技術，從而可以及時做出明智的決策，以提高渦輪機的壽命、效率、總體系統性能和可靠性。
展開 渦輪機械的設計和維護仿真解決方案
CFX和Fluent中的高精度氣蝕模型（例如Rayleigh-Plesset）與高級多相流和湍流模型相結合，有助于渦輪機械制造商準確預測泵機的極限工況，超過該極限就會發生氣蝕并變得嚴重。
在設計具有優化冷卻模式的長壽命燃氣輪機轉子葉片與靜子葉片時，Ansys能夠準確預測通過高壓渦輪（HPT）級的熱斑遷移。設計師可以對燃燒室和HPT的聯合和/或協同仿真進行建模。使用高精度尺度求解湍流模型對具有共軛傳熱的燃燒室-渦輪葉片進行單次建模，以實現準確的熱斑跟蹤。 這有助于對轉子葉片與靜子葉片開展準確的熱管理，并顯著提高渦輪機的耐用性。
從快速簡單的寬帶噪聲源建模到使用高級尺度求解湍流模型的最綜合全面的計算氣動聲學（CAA），Ansys CFX和Fluent求解器可提供多種氣動聲學功能。
產品生命周期中的簡化和自動化仿真流程
Ansys仿真在設計流程中無處不在，而且目前，Ansys仿真已擴展到制造、運營以及維護、維修與大修（MRO），從而使仿真在整個產品生命周期中普及，并反饋到設計流程中。利用增材制造有助于突破常規設計的極限，并為可制造性的設計解鎖無限可能。
此外，通過構建降階模型（ROM）來創建數字孿生，可以實現預測性維護，并幫助提升渦輪機械的性能與可靠性。利用相同的信息可以構建機器學習算法，并使用人工智能將知識和專業技術融入設計流程。Ansys在這個連續環路中提供了前沿工具，使設計工程師能夠獲得寶貴的數據和專業技術，從而可以及時做出明智的決策，以提高渦輪機的壽命、效率、總體系統性能和可靠性。
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渦輪機械的設計和維護仿真解決方案
CFX和Fluent中的高精度氣蝕模型（例如Rayleigh-Plesset）與高級多相流和湍流模型相結合，有助于渦輪機械制造商準確預測泵機的極限工況，超過該極限就會發生氣蝕并變得嚴重。
在設計具有優化冷卻模式的長壽命燃氣輪機轉子葉片與靜子葉片時，Ansys能夠準確預測通過高壓渦輪（HPT）級的熱斑遷移。設計師可以對燃燒室和HPT的聯合和/或協同仿真進行建模。使用高精度尺度求解湍流模型對具有共軛傳熱的燃燒室-渦輪葉片進行單次建模，以實現準確的熱斑跟蹤。 這有助于對轉子葉片與靜子葉片開展準確的熱管理，并顯著提高渦輪機的耐用性。
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產品生命周期中的簡化和自動化仿真流程
Ansys仿真在設計流程中無處不在，而且目前，Ansys仿真已擴展到制造、運營以及維護、維修與大修（MRO），從而使仿真在整個產品生命周期中普及，并反饋到設計流程中。利用增材制造有助于突破常規設計的極限，并為可制造性的設計解鎖無限可能。
此外，通過構建降階模型（ROM）來創建數字孿生，可以實現預測性維護，并幫助提升渦輪機械的性能與可靠性。利用相同的信息可以構建機器學習算法，并使用人工智能將知識和專業技術融入設計流程。Ansys在這個連續環路中提供了前沿工具，使設計工程師能夠獲得寶貴的數據和專業技術，從而可以及時做出明智的決策，以提高渦輪機的壽命、效率、總體系統性能和可靠性。
展開 大涵道比分排渦扇發動機渦輪軸斷裂過渡態性能仿真
此外，由于作動系統存在延遲，在極短的時間內燃燒室供油流量還未來得及變化
[
2?3
]，而空氣流量下降，油氣比升高，因此燃燒室出口溫度升高，可能導致渦輪前溫度超溫的危險。這些性能參數的突變，均有可能導致部件出現難以預測的繼發性危險過渡態載荷，造成主、被動安全策略失效。不同的軸斷裂形式下，上述危險事件發生的先后存在差異。而軸斷裂條件下的整機氣路動態響應很難在試驗環境下模擬和測試，因此，通過仿真研究渦輪軸斷裂條件下渦扇發動機的性能變化能夠對如何進行合理有效的主、被動安全設計奠定理論基礎和提供參考。
對于渦輪軸斷裂的研究目前主要集中在從結構強度的角度圍繞其載荷環境和疲勞壽命來開展
[
2?8
]，對于渦輪軸斷裂后整機氣路參數的響應研究較少。而要想對渦輪軸斷裂條件下的發動機性能進行仿真，需建立能夠能夠模擬氣流參毫秒時間量級的動態響應的性能模型。國內外學者對于航空發動機過渡態性能建模進行了一定研究
[
9?12
]，在此基礎之上，筆者團隊建立了針對空氣系統強瞬變過程的控制方程及模塊化仿真模型，并仿真分析了某型航空發動機高壓渦輪軸斷裂失效條件下的空氣系統強瞬變過程
[13]。之后又研究了小涵道比雙軸混合排氣渦扇發動機高壓軸斷裂失效后的動態性能
[14]。但大涵道比分排渦扇發動機的工作狀態和結構特征均與小涵道比混排渦扇發動機有所不同，而高壓軸斷裂和低壓軸斷裂后的響應也可能存在差異，因此文獻[
14]的結論無法直接外推，因此需要針對大涵道比雙軸分排渦扇發動機高、低壓軸斷裂失效后的動態性能分別展開研究。
1 分排發動機軸斷裂模型
本文首先依據部件法
[
15?19
]采用面向對象的語言在自主研發的過渡態性能仿真平臺上搭建大涵道比分排渦扇發動機的性能模型。
展開 Fluent仿真實例：渦輪增壓機流場仿真
渦輪增壓機，葉片的轉速是28,000 RPM，空氣進口溫度是302.6K，進口流量是1500 SCFM，壓力出口總壓是153507 Pa。
渦輪增壓器的網格劃分分成3部分：進風管道、葉片和蝸殼。分別獨立劃分網格，需要在交界面處網格加密，有利于交界面的數據精確傳遞。
渦輪增壓機的葉片如下：
1、啟動軟件導入網格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D求解器。
1.2 導入網格。
重排網格分區，操作：Mesh > Reorder > Domain。
2、模型設置
設置湍流模型為k-epsilon模型。
3、材料設置
渦輪增壓機的轉速很快，會對空氣進行壓縮并產生熱量，所以這里將空氣設置為理想氣體。將空氣設置為理想氣體，軟件會提示將能量方程啟動。
4、計算域設置
首先設置轉速的單位，菜單欄Define > Units…
由于葉片區域是旋轉的，需要設置impeller區域。
在打開的設置頁面設置如下。
5、邊界設置
5.1 進口inlet邊界，Type設置為mass-flow-inlet類型。
5.2 出口outlet，Type設置為pressure-outlet類型。
5.3 葉片旋轉邊界impeller_wall，Type設置為wall類型。
5.4 其他的壁面設置，shell_wall和windin_wall，即所有與周圍空氣接觸的壁面。由于增壓機壁面會和周圍環境對流換熱，這里將對流系數設置為10 w/m2-k。
展開 航空發動機渦輪盤用拉刀刃口優化仿真
摘 要：航空發動機渦輪盤榫槽常用拉削加工研制而成，拉刀作為重要一環，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時不同拉刀刃口大小對過程溫度、米塞斯應力、軸向力以及工件材料流動的影響，得出了在該工況下具有最優加工性能和服役壽命的刃口大小范圍為10～15μm。
關鍵詞：拉削加工;刃口大小;AdvantEdge仿真;FGH95高溫合金;
1 序言
航空發動機是飛機的“心臟”，而渦輪盤作為航空發動機內不可或缺的重要部件之一，其加工質量和服役性能要求都非常嚴苛[1]。航空發動機與內部渦輪盤如圖1所示，榫槽作為葉片與渦輪盤的關鍵連接部位，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，最終決定發動機的服役性能與壽命[2]。渦輪盤榫槽結構較為復雜，傳統的數控加工難以實現高效穩定加工，因此現階段，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十把成套拉刀[3]，根據粗加工、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力、切削力、切削溫度和切屑材料流動趨勢[4]，改變造成刀具磨損、崩缺等失效形式的關鍵因素，從而決定刀具的加工穩定性和服役壽命[5]。吳志正等[6]探究了不同工藝參數的彈性噴砂技術對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個方面展開論述，得出了噴砂時間、噴砂壓強和噴砂角度等關鍵因素可改變刃口形貌的結論，并驗證了其技術的可行性。
展開 基于內部通道冷卻的渦輪葉片熱應力仿真 ￥5
在渦輪機行業，用流體冷卻渦輪葉片是常見的做法 流經冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會產生熱應力，從而導致葉片失效。
在典型的熱應力分析中，溫度被計算出來，然后應用為 應力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對共軛傳熱進行建模 計算流體動力學 （CFD） 代碼，它需要大量的 計算資源。CFD 的降階模型，假設一維流 通過孔，可以提供一種廉價的解決方案，而不會造成重大損失 準確性。由于通過冷卻孔的質量流量是已知的，因此經驗 薄膜系數的關系可用于模擬來自 刀片到流體。
電機渦輪蝸桿傳動機構仿真分析
渦輪在高速運轉下出現輪轂處出現破損失效，找到使用中渦輪應力集中位置，然后針對大應力區進行幾何優化，對于設計渦輪結構有一定的參考價值。
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。導入ansys workbench，之后定義運動副，在蝸輪蝸桿之間定義動力碰撞接觸力，并在驅動件蝸桿上施加轉速驅動。由于是剛體模型，在進行模擬時需要施加負載，因此在渦輪上添加一個恒定的靜態負載。
圖1 總變形量
圖2 總加速度
UG NX創建渦輪蝸桿運動仿真
渦輪蝸桿的齒輪副創建,渦輪蝸桿是齒輪副的特殊類型，和創建普通齒輪副的不同之處在于不能定義接觸點,只能輸入比率且蝸桿為主運動。
如下圖該模型。渦輪齒數30，蝸桿頭數1
1打開該模型文件進入仿真界面，--鼠標左鍵點到模型名稱使之高亮后鼠標右鍵新建仿真--動力學--確定
2創建連桿，單擊連桿命令--選擇齒輪為連桿1--單擊確定。
3創建連桿2，單擊連桿命令-選擇蝸桿為連桿2，單擊確定。
4單擊運動副--選擇旋轉副--選擇連桿1--中心為齒輪軸中心點，矢量為垂直齒輪面-設置完成單擊驅動
5單擊運動副命令--選擇旋轉副--選擇連桿2--圓心為蝸桿軸心位置，矢量為垂直蝸桿軸面--設置完成后單擊驅動
6單擊驅動 --選擇恒定--初始速度輸入數值為80.單擊確定
7單擊齒輪副命令如圖（帶齒輪的標志）
8第一個運動副選擇旋轉副J002（他是主動輪）， 我們的第二個運動副選擇旋轉副J001，比率輸入4/30單擊確定。
9單擊解算方案命令--在時間輸入40步數為500，并在單擊確定按鈕開始計算打上對勾--單擊確定，開始求解。求解百分百。
10我們在單擊動畫---單擊播放進行仿真演示
現在動是能動了，但是明顯看起來有干涉不對，因為在第8步的時候，齒輪副的設置有錯誤，正確的方式是1除以渦輪的齒數，蝸桿頭=螺旋線數，這樣才能達成齒輪的完美嚙合旋轉。
展開 
單級渦輪轉子-CAESES仿真優化經驗分享
在渦輪的氣動設計過程中，因設計需求變更導致的渦輪葉片優化迭代較多。目前CFD仿真技術應用廣泛，在葉輪機設計領域更有多款單獨的仿真軟件。而因造型參數較多（單個葉片30個以上），渦輪葉片的優化工作還是較為耗時繁瑣，往往只有經驗豐富的工程師才能合理把握進度。
本次分享的輸入條件為單級渦輪葉片，針對轉子葉片進行參數優化仿真。整個優化仿真過程依賴于CAESES仿真優化軟件進行，主要分為CAESES參數化建模、制定仿真優化方案、CFX仿真及腳本錄制、軟件鏈接優化仿真四大步驟，希望本人的淺析能為大家在葉輪機葉片優化仿真方面帶來幫助。
一、CAESES參數化建模
本方案葉型采用基于Nurbs曲線的方法進行參數化造型，包含了前/尾緣圓弧、Nurbs曲線（5個控制點）、角度、位置等參數共21個（主要參數如圖2所示）。該造型方法具有光順連接、靈活多變、完全可調等特點，較為適合直拉式葉片的設計。
在CAESES建模過程中，采用“Feature”功能實現葉型參數化設計，基于“Curve Engine”進行參數控制，最終通過“Meta Surface”曲面造型功能實現基于參數曲線的三維葉片造型。參數曲線以及相應的三維葉片如圖3所示，此模型可通過參數曲線的調節控制模型的形狀變化。
二、仿真優化方案
由于三維葉片造型參數較多，本方案采用等截面葉柵的方式對葉片進行優化。仿真優化方案如圖4所示，在CAESES參數化模型進行上，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優化間接實現三維葉片的優化。
展開 多物理場仿真助力渦輪風扇發動機降噪
比較仿真結果與現有文獻
為了增加對分析結果的信心，我們將仿真結果與論文“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 1）的結果進行了比較。舉例來說，下圖顯示了仿真研究中不同源特征模式產生的近場壓力。所有求解結果均基于管道內 M1 = 0.45 的馬赫數和管道外 M0 = 0.25 的馬赫數。
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和旋轉幾何的近場壓力。兩項研究的結果分別突出顯示在下方兩張繪圖中。
上：（m，n）=（24，1）對應的近場聲壓級。下：（m，n）=（4，0）對應的旋轉幾何中的近場壓力。
通過對仿真結果與上文的現有文獻進行比較，我們進一步證實了仿真結果的有效性。這種準確性證明了使用 COMSOL Multiphysics 有助于減少渦輪風扇發動機設計中的噪音污染，促進航空業取得重大進步。
來源：COMSOL
展開 基于fluent軟件的旋轉機械（渦輪）流場仿真方法
基于帖子基于GAMBIT軟件的渦輪流道網格劃分，本貼將基于該渦輪進行簡單的計算仿真，以供交流學習（后處理部分見1樓，mesh文件見2樓）。
第1步：導入msh文件，General ->Display、Check、Scale，如圖1所示。
圖1
第2步：修改轉速單位為rpm，如圖2所示。
圖2
第3步：默認壓力基求解器，如圖3所示。
圖3
第4步：選擇湍流模型為K-e RNG，參數默認，如圖4所示。
圖4
第5步：添加材料，從材料庫中選擇液態水，如圖5所示。
圖5
第6步：設置流體域的計算條件，選擇材料水，旋轉軸為x負方向，轉速為10rpm，如圖6所示。
圖6
第7步：邊界條件默認，由于缺進出口的壓力數值，本例不做處理，如圖7所示。
圖7
第8步：初始化，先計算迭代100步。該處理是為檢測壓力面的平均壓力作為收斂判斷標準時，屏蔽掉迭代剛開始的比較大的波動范圍。
第9步：檢測壓力面的平均壓力值，如圖8所示，
圖8
第10步：繼續迭代300步（注意不需要初始化），檢測的壓力面平均壓力值如圖9所示。
圖9
從該圖可以看出迭代300步的時候，結果趨于收斂。
展開 PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學科耦合優化設計
現代航空燃氣渦輪發動機為了獲得更高的推重比和熱效率，不斷提高渦輪入口溫度，目前已經遠遠超過了葉片材料的熔點溫度，因此必須引入冷卻空氣對葉片材料進行冷卻，常用的冷卻方式包括：柱肋冷卻、強制對流冷卻、氣膜冷卻等。如何在不增加冷卻空氣流量的前提下盡可能降低葉片溫度成為渦輪冷卻設計工程師的重要關注點。
在渦輪冷卻設計中涉及到眾多的設計參數選擇和優化問題，目前優化技術越來越多的成為產品創新設計中的重要環節；基于高精度的流熱固耦合仿真計算和各類數學優化算法的大規模HPC并行計算，對提升渦輪葉片冷卻設計效果無疑將起到重要的推動作用。
工程師在渦輪冷卻葉片初步設計方案的基礎上，建立其流熱固耦合仿真模型，以各冷卻通道位置、壁厚、各回路冷氣用量、局部冷卻特征（如柱肋、氣膜孔）參數為設計變量，以渦輪葉片整體降溫需求為約束，以最少冷氣量為目標，利用優化算法不斷改進上述設計變量直到獲得最佳設計方案：
1、基于Ansys Workbench的流熱固耦合仿真
渦輪葉片在工作過程中，高溫燃氣、渦輪冷卻葉片、冷卻氣體間存在實時對流換熱，氣動載荷和溫度載荷等會導致渦輪冷卻葉片發生變形，因此渦輪冷卻葉片是一個典型的流-熱-固耦合分析問題。
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