氣動性能仿真的案例
基于CFD 的新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真分析
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數值計算.首先進行了網格數量的無關性驗證；然后通過試驗驗證了數值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數參數對冷卻風扇氣動性能的影響.結果表明：相同轉速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數增多，其產生的流量越大.在冷卻風扇的靜壓效率方面，在風扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風扇靜壓效率最高.在其他靜壓區間，當葉片數為7、8時，風扇靜壓效率要高于9葉片風扇.研究可以為新能源汽車冷卻風扇氣動性能優化提供依據.
近些年新能源汽車在中國發展迅速，新能源汽車的電子冷卻風扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風扇的設計要滿足電驅系統、電池系統與空調系統的冷卻需求；同時，電子冷卻風扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風扇是至關重要的.CFD仿真分析技術的出現可以縮短產品的開發周期，同時降低開發成本，更可以從機理上研究冷卻風扇的流動細節，目前已經廣泛應用到冷卻風扇的開發中.當前對冷卻風扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個數、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風扇性能的影響.
展開 航空發動機與燃氣輪機技術領域有哪些趨勢？
為了提高產品性能，先進的壓氣機/渦輪氣動及冷卻技術、燃燒室低污染排放技術、產品全生命周期管理等新技術不斷應用于航空發動機/燃氣輪機產品設計和研發過程中。如何在現有產品基礎上進一步提升產品的可靠性和性能，成為行業關注的重點。
計算機仿真技術（CAE）目前已廣泛應用于航空發動機/燃氣輪機設計和研發過程中，對壓氣機/渦輪的氣動性能、冷卻性能、燃燒室低污染排放、部件結構可靠性、噪音、疲勞壽命、旋轉部件轉子動力學特性等均可進行仿真評估和性能預測。
CAE仿真技術的廣泛應用極大的提升了航發/燃機的性能，大大減少了不必要的試驗、節省了大量時間和經費，目前已經成產品研發中不可或缺的組成部分。
Ansys航空發動機/燃氣輪機解決方案以Ansys最新流體/結構仿真軟件為基礎，在Ansys Workbench仿真平臺下為用戶提供Ansys葉輪機械設計仿真工具Turbo System和Multi-Physics多物理場仿真分析工具。用戶可對航空發動機/燃氣輪機設計研發中所關注的整機污染排放、噪音、整機效率提升、產品壽命和可靠性、制作成本、可維護性等進行準確的仿真分析和預測。
一、整機污染排放與環境管理
對于航空發動機和燃氣輪機而言，符合國際低污染排放標準和噪音標準是產品進入市場的前提；相關性能的仿真分析也是設計人員關注的重點。
燃燒室燃燒/化學反應仿真
高溫燃燒室冷卻設計和分析
燃料清潔燃燒和低污染排放分析
LES大渦燃燒/熱聲震蕩
航空發動機/燃氣輪機氣動噪音
二、整機性能和效率提升
不同工況下的發動機推力、整機性能和效率是產品競爭力的核心，涉及壓氣機氣動性能提升、渦輪前溫度提升等關鍵技術。
展開 Fluent 旋轉卷弧翼彈箭RBM氣動仿真（一）
本案例利用Fluent的RBM模型，對TTCP模型氣動性能問題進行了仿真計算。相關設置見Fluent MRF 旋轉卷弧翼彈箭氣動仿真。本案例以該文章的計算結果為初始值，展開了旋轉卷弧翼彈箭氣動仿真計算。
所有設置一致，因此進行如下兩步設置。
注意：由于計算資源，此處計算對網格進行了簡化，如果要進行準確計算，請下載相關案例自行進行精細網格劃分！！！
1 FLUENT 設置
1.1 General設置
此處設置為瞬態計算。
點擊復制到運動網格。
1.2 后處理設置
添加三個方向受力與力矩監測報告。力系數和力矩系數自行計算，不建議在fluent中直接計算，因為力矩部分有效長度不一致。
對計算完成后的流線圖進行繪制。
對截面壓力云圖展開繪制。
展開 行業應用方案 | 航空發動機與燃氣輪機
燃燒室燃燒/化學反應仿真
高溫燃燒室冷卻設計和分析
燃料清潔燃燒和低污染排放分析
LES大渦燃燒/熱聲震蕩
航空發動機/燃氣輪機氣動噪音
二、整機性能和效率提升
不同工況下的發動機推力、整機性能和效率是產品競爭力的核心，涉及壓氣機氣動性能提升、渦輪前溫度提升等關鍵技術。
風扇/壓氣機葉片進氣畸變仿真
多級壓氣機/渦輪穩態/瞬態氣動性能仿真與優化
復雜氣冷渦輪葉片流熱耦合仿真
噴管/排氣段氣動性能仿真
航空發動機/燃氣輪機整機性能仿真
三、整機安全性與壽命
航空發動機/燃氣輪機的安全性是產品的重要指標，而產品大修周期和使用壽命則對用戶成本極為關鍵。
展開 
干貨直播 I 風電行業9個主題：STAR-CCM+、結構強度、葉片流場、電磁、多體疲勞...
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本次研討會圍繞風電裝備研發過程中涉及到的整機性能、風環境、葉片流場、氣彈流固耦合，葉片復合材料、結構強度、電磁、振動噪聲、齒輪傳動、多體疲勞，機組熱管理、儲能、區域能源、數字化運維等領域，結合西門子工程咨詢在風電行業最佳實踐，分享 Simcenter 仿真與測試技術在風電領域的前沿應用。
邀請部門
總體部、葉片設計部門、仿真計算、機械傳動設計、機電控制、液壓設計、散熱分析、電機設計等部門
邀請對象
數字孿生研究人員、技術總監、CAE 專家、測試工程師、設計工程師、控制工程師、相關高校老師及學生
議程搶先看
點擊鏈接 免費報名
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01
時間：8月15日
分會場一：Simcenter STAR-CCM+風機葉片氣動性能仿真及優化方案
本次研討會主要介紹 STAR-CCM+在風機葉片氣動性能仿真及優化的解決方案，主要包含：
葉型優化：型線導入，網格設置，葉型參數優化及拓撲優化技術，轉捩模型
動網格技術：滑移網格，嵌套網格，網格變形
運動定義：葉素動量法，運動坐標系，剛體運動，六自由度運動
葉片氣彈流固耦合分析方法等
分會場二：先進復合材料葉片設計分析制造一體化
Fibersim作為先進復合材料結構開發平臺，提供了專門針對風機葉片的高效設計迭代方法及同CAE工具的雙向鏈接接口。
展開 Fluent 卷弧翼彈箭靜態氣動仿真（一）
本案例利用Fluent，對TTCP鏡像對稱模型（考慮無旋運動時,和標準模型的氣動特性一致）氣動性能問題進行了仿真計算。該案例僅對TTCP模型的穩態計算進行了簡單演示，用于確定本案例網格劃分、幾何建立的準確性。
本案例來源由相關讀者提供。
本文僅計算了馬赫數為2.0的工況，計算結果與相關文獻結果較為接近。
1 workbench 設置
1.1 選擇流體流動（帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent）
下圖為本案例的workbench界面，實際可以直接采用帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
為了便于后續的旋轉運動，此處選擇將流體域分為內外兩個部分。
3 FLUENT MESHING設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。
4 FLUENT 設置
4.1 General設置
由于是靜態求解問題，此處設置為穩態計算模式。
4.2 材料定義
本案例中會使用壓力遠場邊界，因此需要重新設置空氣材料，設置為理想氣體。
4.3 模型設置
采用k-w SST 湍流模型。
4.4 邊界條件設置
將火箭炮設置為壁面。
將其他壁面設置為壓力遠場邊界。
4.5 計算設置
進行初始化，初步計算100步。
開啟阻力監測，對火箭炮的氣動性能展開監測。
為了準確檢測阻力系數，需要修改相關的計算參考值，具體數值如下。
進一步進行流場計算，直到阻力值趨于穩定。由下圖可知，本案例的阻力系數為0.76。相關文獻的計算結果為0.75，計算結果基本一致，可以用于后續的進一步計算。
展開 行業應用方案 | 航空發動機與燃氣輪機
燃燒室燃燒/化學反應仿真
高溫燃燒室冷卻設計和分析
燃料清潔燃燒和低污染排放分析
LES大渦燃燒/熱聲震蕩
航空發動機/燃氣輪機氣動噪音
二
整機性能和效率提升
不同工況下的發動機推力、整機性能和效率是產品競爭力的核心，涉及壓氣機氣動性能提升、渦輪前溫度提升等關鍵技術。
風扇/壓氣機葉片進氣畸變仿真
多級壓氣機/渦輪穩態/瞬態氣動性能仿真與優化
復雜氣冷渦輪葉片流熱耦合仿真
噴管/排氣段氣動性能仿真
航空發動機/燃氣輪機整機性能仿真
三
整機安全性與壽命
航空發動機/燃氣輪機的安全性是產品的重要指標，而產品大修周期和使用壽命則對用戶成本極為關鍵。
展開 Fluent MRF 旋轉卷弧翼彈箭氣動仿真
本案例利用Fluent的MRF模型，對TTCP模型氣動性能問題進行了仿真計算。該案例僅對TTCP模型的彈體穩妥旋轉計算進行了簡單演示，后續將對其各項氣動性能參數繼續計算。
本文僅計算了馬赫數為1.1、攻角為4°的工況，并展開相關的后處理計算。
1 workbench 設置
1.1 選擇流體流動（帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent）
下圖為本案例的workbench界面，一共分為三個模塊，若采用新版ansys，可以在一個模塊中完成所有計算。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
將已有的仿真模型導入A中。
3 FLUENT MESHING設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。
在b中分別刪除網格內域和外域，將其重新組裝，構建內外域交界面。此處的詳細設置將在第二篇文章中進行講解。
4 FLUENT 設置
4.1 General設置
首先要進行靜態求解，為后續計算提供穩定的初始值。
4.2 材料定義
本案例中會使用壓力遠場邊界，因此需要重新設置空氣材料，設置為理想氣體。
4.3 模型設置
進行MRF設置。
4.4 參數表達式設置
本案例雖然僅進行4°攻角計算，但在此處進行了參數表達式的設置，可以快速更換角度進行測試，后續也可以進行參數化計算。此處不展開闡述，有需要的可以查看這兩篇文章進行學習Fluent MRF 旋轉機械 、參數化計算Fluent NACA2415參數化仿真計算（一）。
hh
4.5 邊界條件設置
將火箭炮設置為壁面。
添加interface交界面。
將其他壁面設置為壓力遠場邊界。
展開 自主仿真|基于PERA SIM Fluid的高速列車氣動阻力分析
摘要：本文以高速列車車頭和單組車身模型為研究對象，使用安世亞太自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid進行建模和仿真，研究其明線運行時的氣動特性，并與成熟商用CFD軟件對比，驗證了PERA SIM Fluid的高精度和可靠性。
關鍵詞：高速列車；氣動特性；PERA SIM Fluid
0 引 言
列車氣動阻力與列車速度二次方成正比，隨著列車運行速度的提高，氣動阻力在總阻力中的占比增加，當列車時速超過250公里時，氣動阻力占總阻力的75%~80%，同時氣動阻力特性關系到列車節能環保能力，還是選擇合理配置牽引動力裝置的基本參數之一。
氣動阻力由壓差阻力和摩擦阻力組成，摩擦阻力是指列車運行時黏性切應力沿列車運動反方向形成的合力；壓差阻力是指列車表面壓力沿列車運行反方向形成的合力。
列車相關阻力的計算，一直以來人們都沿用“戴維斯公式”：
式中：R為總阻力；V為相對靜止空氣的速度；A為滾動機械阻力；B1為其他機械阻力；B2為空氣動量阻力；最后一項為列車所受外部氣動阻力，系數C的計算公式為：
式中：ρ為空氣密度；S為列車迎風面積；Cd為阻力系數。
通過數值模擬方法可以計算出列車所受的空氣阻力Fd，基于上述參數可得阻力系數的計算公式：
本文采用安世亞太自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對列車單組車廂的氣動性能進行了仿真分析。
1.
展開 STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
一
算例背景
機翼理論主要研究翼型在流體中運動時的力學特性。在工程領域中，機翼以升力面、控制面、葉片或槳葉等形式出現。艦船上的舵、水翼、減搖鰭等都是機翼，螺旋槳、汽輪機葉片和壓縮機葉片也都是利用機翼原理工作的，而在研究船舶操縱性時，甚至還可把船體的水下部分看作一個巨大的機翼。
隨著航空科學的發展，世界各主要航空發達的國家建立了各種翼型系列。美國有NACA系列，德國有DVL系列，英國有RAF系列，蘇聯有ЦΑΓИ系列等。這些翼型的資料包括幾何特性和氣動特性，可供氣動設計人員選取合適的翼型。
展開 【技術帖】軸流風機的氣動性能優化
軸流式風機通常用在流量要求較高而壓力要求較低的場合，由此軸流風機的氣動性能成為評判其性能優劣的重要指標。
本文即將展示的是某軸流風機的氣動性能優化的全流程介紹。通過對軸流風機的葉片和風道進行調整優化以提高其流量與效率。
01
優化前準備工作：
為了方便對葉片進行調整，建立葉輪的全參數化模型，并將葉片分為六個控制截面來調整參數變化。之后設定參數變化規律或給定算法，在優化軟件中會自動生成不同模型并啟動CFD軟件進行仿真計算。
021
優化目標：PQ性能與效率
模型優化過程中，主要分為風道及葉片的調整，調整內容如下：
031
優化過程：
首先我們在軟件當中建立全參數化的模型，然后優化軟件設置中的參數以及參數變化范圍，接下來與CFD軟件進行耦合，最后進行全自動的性能優化。其中對于優化參數部分，主要是對扇葉進行優化：有葉片的翼形、弦長、三個方向的角度以及葉片數量，除此之外本次對風道也進行了一定程度的優化。
展開 
陳珂，等：天然氣管道摻氫輸送對離心壓縮機氣動性能的影響
陳珂 王碩琨 杜文海 張偉
北京石油化工學院機械工程學院·氫能研究中心
摘要：為研究天然氣管道摻氫輸送對離心壓縮機氣動性能和穩定工作范圍的影響，以川氣東送管道的 GE PCL503壓縮機為研究對象進行三維幾何建模，采用 RANS 方法對該壓縮機進行三維仿真模擬并與文獻實驗數據進行對比，驗證了數值仿真模型的準確性。基于三維仿真模型研究了不同摻氫比、進口溫度對離心壓縮機氣動性能和喘振裕度的影響。結果表明：隨著天然氣摻氫比的提高，壓縮機的總壓比和喘振裕度隨之下降，當摻氫比達到 20％時，喘振裕度降低 19.78％，壓比下降 6.44％。在近喘振工況下，泄漏渦軌跡前移，泄漏渦強度得到增強，進而擴大了壓力面低速區域面積，進一步加快了泄漏流與主流、壓力面二次流的摻混，加劇了壓力面流動分離和下游通道堵塞程度，其是導致摻氫比增加后壓縮機穩定工作范圍減少的主要原因。在 10％摻氫比下，當進口溫度由 288 K 升至323 K 時，對于相同的體積流量，離心壓縮機的總壓比降低 4.27％，等熵效率下降 0.65％，喘振裕度增加 13.03％，能量流量下降 17.4％。研究結果可為天然氣摻氫輸送壓縮機的設計及安全運行提供理論基礎。
關鍵詞：天然氣管道；摻氫輸送；離心壓縮機；數值模擬；氣動性能；喘振裕度
現今，氫能憑借其清潔環保、利用率高、應用領域廣等特點被世界各國看作是全球能源架構發展的重要方向[1]。目前氫氣輸送常用的方式為氣態輸送、液態輸送及固態輸送。
展開 Fluent 護衛艦直升機懸停性能仿真（一）
本案例利用Fluent的RBM模型，對護衛艦直升機懸停模型氣動性能問題進行了仿真計算。該案例以NACA0012和SFS2標準模型展開相關計算，因為艦船模型為100：1縮比模型，僅考慮航速為2m/s，直升機旋翼轉速為251.2rad/s的仿真工況。
1 workbench 設置
1.1 選擇流體流動（帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent）和流體流動（Fluent）
由于用的版本較老，因此無法通過一個fluent建立interface，此處為了利用fluent meshing劃分網格，采用了三個fluent模塊。分別進行外部流場網格劃分、內部流場網格劃分和流場計算。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
左邊為入口，右邊為出口。
下圖為艦船流場幾何圖。
下圖為旋翼流場幾何圖。
3 FLUENT MESHING設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。由于穩態計算結果比較可信，此處選擇了相同的劃分的方式與尺寸。
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
首先將保存的艦船流場網格（bjwg1.msh）導入。然后通過附加case文件的方式，將旋翼流場網格（xy.msh）導入。
由于是瞬態求解問題，此處設置為瞬態態計算模式。
4.2 邊界條件設置
此處對邊界條件進行設置，其中wall2與wall1為free slip。
4.3 滑移條件設置
具體設置可以參考Fluent 旋轉機械瞬態計算（一）一致，因此相同的設置不再闡述，設置方法如下。
4.4 計算設置
進行初始化，以0.0001s的時間步長進行計算。
展開 基于AMESim仿真分析軟件的氣動閥門運動特性研究 AMESim氣動附軟件下載
摘要：基于AMESim仿真分析軟件，對氣動閥門內部的運動規律、閥門內部零組件相互運動關系進行了研究，并采取了非接觸測量方法，測量了閥門內部閥桿運動速度，確定了仿真分析的正確性。結果表明：氣動閥門在打開瞬間，閥桿會有較大的運動速度，并可能發生頂桿與閥桿的反向碰撞問題，給頂桿或閥桿帶來損傷。
關鍵詞：氣動閥門；內部運動規律；運載火箭
引 言
氣動閥門廣泛應用于運載火箭的加注、泄出、排氣等系統，在飛型號的排氣閥、安溢閥，在研型號的加注閥、排氣閥等多采用氣動控制閥。隨著閥門的直徑、流量的 增大，閥門的結構尺寸和重量也越來越大。氣動閥門的控制氣一般為高壓氣（約5 MPa），在此氣體壓力下，強制作動器內的頂桿迅速運動，推動活閥打開。隨著閥門口徑的增大，頂桿、活閥的快速運動和撞擊，帶來了閥門的動強度問題。因此 對閥門內部閥芯、強制頂桿運動規律的研究越來越重要。
張永彬等基于Adams軟件對一種快速泄放閥的響應特性進行了仿真與分析，得出泄放閥閥芯運動規律和內部氣體壓力變化規律；吳建軍等通過Simulink軟件對抽油泵泵閥進行仿真，得到泵筒內的液體壓力變化規律曲線、泵閥打開高度曲線及泵閥運動速度曲線；余鋒等采用ABAQUS軟件分析了保險閥導向桿斷裂故障，得到導向桿設計動強度不足的故障原因；
孫海亮等研究了充氣開關閥桿斷裂問題，得到閥桿斷裂失效機理；潘英朋等提出了一種低溫氣動閥門方案，并對波紋管等關鍵零件進行了計算和分析；王春民等研究了自鎖閥在振動和沖擊環境下性能變化情況。
本文以某火箭用加注閥為例，對氣動閥門內部運動規律進行了研究，采用AMESim軟件對閥門運動特性進行了分析，確定了閥門內部頂桿和閥桿間的運動關系，并采用非接觸測量手段得到閥門在打開時的活閥運動速度，以驗證仿真分析的正確性。
展開 Fluent 護衛艦直升機迫降性能仿真
本案例利用Fluent的RBM模型，對護衛艦直升機迫降模型氣動性能問題進行了仿真計算。該案例以NACA0012和SFS2標準模型展開相關計算，因為艦船模型為100：1縮比模型，僅考慮航速為2m/s，直升機旋翼轉速為251.2rad/s，降落速度為2m/s的仿真工況。大部分設置與Fluent 護衛艦直升機懸停性能仿真（一）一致，若已經了解上個案例的讀者可以直接查看4.3中的設置。
本案例僅是簡單計算，但可以用于各種復雜模型的計算，例如直升機整體下降，半開、全開機庫門下降、船舶橫搖等情況下的仿真計算，分析相應流線，優化直升機迫降方案。
1 workbench 設置
1.1 選擇流體流動（帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent）和流體流動（Fluent）
由于用的版本較老，因此無法通過一個fluent建立interface，此處為了利用fluent meshing劃分網格，采用了三個fluent模塊。分別進行外部流場網格劃分、內部流場網格劃分和流場計算。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
左邊為入口，右邊為出口。
下圖為艦船流場幾何圖。
下圖為旋翼流場幾何圖。
3 FLUENT MESHING設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。由于穩態計算結果比較可信，此處選擇了相同的劃分的方式與尺寸。
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
首先將保存的艦船流場網格（bjwg1.msh）導入。然后通過附加case文件的方式，將旋翼流場網格（xy.msh）導入。
由于是瞬態求解問題，此處設置為瞬態態計算模式。
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