葉輪機械
關注創建者：wudixiaoyi 創建時間：2017-09-01
葉輪機械的視頻教程
Cadence Fidelity一站式葉輪機械設計與優化方案
該平臺具有豐富的葉輪機械模板，能夠自動化生成葉輪機械結構化網格，其基于NLH的非穩態算法比常規計算方法快2個數量級以上。本次直播主要介紹基于Fidelity的葉輪機械設計與優化流程。
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Cadence Fidelity 葉輪機械設計與優化系列專題-第二期
如何采用更專業的葉輪機械CFD工具建立高質量的葉片流道和蝸殼網格并建立動靜部件的關聯，進而執行高精度快速求解，答案就在本期的“基于混合網格的渦輪增壓器CFD仿真”網絡研討會。本次直播作為Cadence Fidelity 葉輪機械設計與優化系列專題的第二期，詳細介紹基于Fidelity CFD的葉輪機械模擬實現方法。
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使用AxSTREAM葉輪機械平臺來設計ORC透平
SoftInWay是一個已有20年歷史，全球設有多個辦公室的葉輪機械領域的專業公司，公司旗下擁有集設計，分析和優化為一體的專業葉輪機械設計軟件平臺AxSTREAM。優質的軟件及迅速的技術支持體驗，已獲得全球450多家客戶的信賴及肯定。
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葉輪機械的實例教程
然而，在 NUMECA軟件平臺中,具有專業的多物理場耦合 Ipcc方法、氣動噪聲分析 FINE/VNoise、葉輪參數化擬合及造型 AotuBlade、優化平臺 FINE/Design3D，使得NUMECA成為目前唯一的一體化的葉輪機械設計分析優化平臺。
其他諸如 Fluent、 Star CCM+等通用CFD求解器，也能較好的提供葉輪機械氣動仿真解決方案，相比具有具有專用模塊的CFX和 NUMECA,通用CFD求解器在葉輪機械仿真前處理、求解和后處理過程中，效率較為低下，精度和準確度相對低一些，計算開銷較大。這里需要大家腦補一下周期性計算、B2B拓撲調整、子午展開等概念。
葉輪機械設計仿真優化從業者要想在該領域內閑庭信步，并顯得毫不費力，需要深厚的理論知識、豐富的工程經驗和設計仿真軟件使用精通三個維度的加持。
工欲善其事，必先利其器，選擇幾本理論書籍、積累工程經驗、選擇一款優秀的設計仿真軟件，是我們通往葉輪機械設計仿真優化成功的必經之路。
另外，大型葉輪機械CFD微信群已建立，已有320多人參加，高效研究所企業仿真機構各路大神等你來哦，微信號見評論。
展開 周期性顯示后處理
當完成所有的求解工作后，通過Fluent的后處理功能可以進一步對完整流場進行顯示，如下圖所示，在View中對周期顯示區域進行設置，最終將可視化結果還原為整個葉輪，使結果顯示更加直觀清晰。
如何正確的應用Fluent進行葉輪機械的CFD性能評估，并通過設計優化方法完成葉輪機械流體性能的提高。
作者：張敖，廣州安世亞太
來源：本文為廣州安世亞太原創作品，上海安世亞太授權轉載
前言
葉輪機械在人類生活中扮演著非常重要的角色，各類水泵、風機、壓縮機、推進器等旋轉機械部件，為高效的生產和舒適的生活提供了源源動力。對于葉輪機械而言，流體性能的好壞至關重要，傳統的葉輪機械設計是以實驗為基礎的設計，設計周期長，同時費用高，而通過應用CFD技術，則可以大大降低設計周期和成本，并能夠準確給出設備的整體流動性能和局部流動細節，預知可能的問題并提前進行優化。
周期性幾何簡化
由于葉輪機械的局部特征對流場結果的準確性至關重要，在進行網格劃分的過程中，常常需要對葉片、輪轂等局部細小特征進行高分辨率的捕捉，因此導致最終劃分的葉輪機械流場網格量巨大無比，求解效率較低。
而實際上，葉輪機械幾何及流場都具有周期性的特點，為了優化求解速度，我們完全可以充分利用這一特點，提取出葉輪機械的周期性幾何進行分析，如下圖所示，在幾何工具中截取具有周期性的流體域，提取的時候要注意，我們需要得到的是轉動周期性區域，我們可以根據葉片的數量進行角度計算，并通過旋轉軸截取固定角度的扇形周期區域。
周期性網格控制
通過Ansys Workbench導入幾何，并應用Ansys Meshing進行網格劃分。為了便于后續Fluent進行周期面的設置，我們可以使用Meshing中的“Match Control”工具對周期面上的網格設置。
如下圖所示，應用Match Control工具，可以確保周期面上的網格對應，這樣當網格導入Fluent中時，可以直接建立一致性網格的周期面。
展開 航空發動機中的葉輪機械Family
首先我們來感受一下葉輪機械的定義：葉輪機械是以連續流動的流體為工質，以葉片為主要工作元件，實現工作元件與工質之間能量轉換的一類機械（從可讀性上來說，作者對這個定義是拒絕的）。舉一個形象的栗子吧，電風扇工作時，電能轉化為機械能，風扇動起來，然后葉片與空氣相互作用，帶動了空氣的運動，葉片的機械能轉化為周圍空氣的動能，形成了“人造風”，這就是一個非常簡單的葉輪機械??！
電風扇（圖片來自網絡）
說起來，電風扇也算是航空發動機中的葉輪機械的近親了，因為在發動機中，有N排類似的風扇，當這些風扇葉排按照半徑從大到小排列，就形成了壓氣機部件，按半徑從小到大排列，就形成了渦輪部件。壓氣機和渦輪即為航空發動機中的主要葉輪機械。
展開 Turbomachinery CFD (以下簡稱TCFD) 是一款專門針對葉輪機械的計算流體力學軟件，能夠對泵、風機等葉輪機械進行快速、精準的流動性能分析，得到流量、揚程（風壓）、效率以及空化性能等數據。
TCFD在開源CFD求解工具OpenFOAM基礎上，針對葉輪機械進行了深度定制開發，具有自動化程度高，求解速度快，求解精度高，二次開發及深度定制方便等功能特色，能夠為葉輪機械各部件的性能分析和優化設計提供一個快捷高效的平臺。
該軟件具有以下特點：
1)適用于各類葉輪機械：渦輪、水輪機、泵、風扇、軸流風扇、壓氣機；
2)全自動化、模板化設置流程，高效便捷；
3)可同時設置多轉速多工況計算，并自動生成性能曲線；
4)100%可視化工作界面；
5)自動生成 HTML 、PDF版本報告；
6)計算求解快速，優于市面上其他常用CFD軟件；
7)兼容Windows 和 Linux系統；
8)永久、無許用用戶限制；
9)部分代碼開源，可進行深度二次開發及軟件定制；
10)實際案例教程，所有資源網上共享。
功能特色
幾何及網格功能
● 支持STL格式幾何文件導入。
● 能夠進行自動化六面體網格劃分。
● 提供靈活的網格尺寸控制功能，包括全局控制及局部控制，并能自動根據幾何曲率調整網格分布。
● 能夠調入其他外部軟件生成的其他類型網格。
邊界條件設定及求解
● 專用的葉輪機械設定模板，多種模式可選，并通過step by step的形式引導自動完成設置。
● 可選擇不同工質進行流動計算，并可對物性參數進行手動調整。
● 可以進行層流和湍流流動模擬，多種湍流模型可選，并可進行空化計算。
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葉片/翼型參數化造型技術5個月前
最近聽到一些葉輪機械方向的研一學生的聊天，所言都是什么注意力機制，什么卷積。
前些年這些詞還是多目標優化、大數據、雙碳等等。
科研圈的詞匯貶值速度也是很快的。大家摻大模型進去了，你還沒摻，這不是落后了嗎。
實際上真到了設計制造中，又必須一步步從二維開始做，還要不斷的優化，直至達到目標。
以葉片和機翼為例，從仿真到風洞，不斷對二維葉型/翼型進行迭代優化。
<p>在高端能源動力領域，葉輪機械是心臟中的心臟，它們承擔著能量轉換的重任，沒有他們就沒有大飛機的航空發動機，也沒有我們055大驅燃氣輪機。尤其在能源領域，火力發電所使用的汽輪機，壓縮空氣儲能系統的膨脹機都是的大尺寸的高速葉輪機組，負責幾百兆瓦的能量輸出。
講師：
姚翔 | Ansys高級應用工程師
北京航空航天大學能源學院葉輪機械工學碩士。長期從事旋轉機械相關的設計、仿真工作，現任Ansys旋轉機械方向應用工程師，對Ansys旋轉機械產品體系有著豐富經驗。
葉輪機械：模擬和分析渦輪機和壓縮機中的復雜流動。非穩態求解器可以模擬旋轉和靜止部件之間的動態相互作用。
風力發電：模擬風力渦輪機周圍的復雜流場，優化葉片設計以實現最高效率和性能。此外，FlightStream 還包括陣風建模功能，使用戶能夠模擬和了解瞬態風事件對渦輪機性能和結構完整性的影響。
例如在葉輪機械仿真場景中，系統將有望自動解析設計需求文檔，調用幾何模型生成仿真方案，通過強化學習進行多物理場耦合優化，大大降低仿真門檻，縮短仿真周期。
通過深度綁定制造業轉型升級需求，在產業細分領域建立技術優勢，繼而向產業鏈高端延伸。
主打軟件產品：智能熱流體仿真軟件AICFD、智能結構仿真軟件AIFEM、智能優化設計軟件AIPOD、智能數據建模軟件DTEmpower、工業AI底座TFIIF、葉輪機械智能化設計軟件AITurbo?？蛻粜袠I涵蓋能源動力、船舶海事、車輛運載、航空航天、新能源汽車、動力電池等。企業先后獲評國家高新技術企業、國家級專精特新“小巨人”企業、培育獨角獸企業、企業技術中心等。
Ansys拓展與Concepts NREC的合作關系，通過CFD分析軟件與葉片設計軟件的集成，實現端到端工作流程，并加快產品上市進程
主要亮點
雙方現在可以在Concepts NREC的AxCent? 3D葉輪機械組件設計中運行面向葉輪機械應用的Ansys CFX?計算流體力學軟件
該合作使設計人員能夠以更高的預測準確性快速評估機器性能，從而縮短設計周期，并提高壓縮機、渦輪機、
邱徐文博士30年來潛心研究透平機械設計技術，在國際會議和期刊上發表了多篇關于葉片逆設計、透平機械機理研究和集成設計系統等有影響力的論文，特別是發明的“Qiu氏滑移系數模型”為軸流、徑流和混流葉片的滑移系數計算提供了一個共同的理論基礎，已被同行廣泛研究和采用，并且被收錄入一本著名的葉輪機械的教科書中。
天洑軟件自2011年成立以來，專注于中國自主知識產權的智能設計、快速仿真、優化、運維類工業軟件的研發，自研主打軟件產品包括：智能熱流體仿真軟件AICFD、智能結構仿真軟件AIFEM、智能優化設計軟件AIPOD、智能數據建模軟件DTEmpower、工業AI底座TFIIF、葉輪機械智能化設計軟件AITurbo。
設計優化工作流程
基于 Concepts NREC 敏捷工程設計系統的葉輪機械初步設計，在多級軸向/徑向葉輪機械的設計與分析中融入了最先進的損失模型、交互式流道改型、葉片設計、滿足特定的設計標準的自動幾何調整、快速評估偏離設計點的性能曲線生成，以及最終三維幾何形狀的詳細設計。葉輪機械初步設計還可與三維 CFD 分析工具無縫集成。
