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壓氣機設計示意圖 渦輪葉片優化設計思路l 通過控制渦輪葉片角度、Hub和shroud線改變渦輪形狀；l 在渦端Map上選擇合適的工況點作為氣動仿真的工況；l 將各工況下的流量、效率綜合加權形成目標函數。

對于燃氣渦輪發動機而言，渦輪燃氣進口溫度決定著發動機的功率和效率。目前，先進的燃氣渦輪發動機渦輪燃氣進口溫度已經達到1800~2050K，遠遠超過了材料的可承受溫度，所以必須采用有效的冷卻方式來降低葉片溫度。本文將演示利用中文版STAR CCM+軟件進行渦輪冷卻葉片氣熱耦合計算的工作過程，計算模型源自STAR CCM Online公眾號的文章：渦輪葉片冷卻。

圖1 航空發動機與內部渦輪盤 本文從有限元仿真分析的角度出發，定義了W12C r4V5C o5(T15）高速鋼拉刀與F G H95高溫合金工件材料的本構參數模型，根據Advant Edge仿真運行結果，從仿真云圖和數值提取兩個方面分別探究了不同微觀刃口大小的拉刀在特定拉削工況下的溫度、應力、切削力及工件材料流動趨勢的影響，最后結合上述物理量的討論得出了系列結論。

課程描述 本課程提供了一個全面、綜合的高級 CFD 仿真學習體驗，專注于使用 ANSYS Fluent 軟件對旋轉設備進行仿真分析。在課程中，您將從基礎理論逐步過渡到對各種旋轉系統（包括羅茨泵、隔膜泵、內齒輪泵、擺線泵、攪拌罐、渦輪攪拌的生物反應器、制動盤傳熱、發動機電子冷卻以及鉆井泥漿分離器）的詳細動手建模與分析。

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。

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]。

另外，使用低排量發動機造成的功率限制也促使ACR研究渦輪增壓以增加發動機的功率。在此期間，ACR引入了熱流體分析工具來幫助他們開發新的渦輪增壓器。ACR首席執行官兼總裁Hiroshi Matsuoka先生建議使用計算仿真作為設計工具，近年來人們對技術水平大幅提升的仿真工具越來越有信心。

對簇狀結構和渦輪機械涉及到的周期性網格和動網格與靜網格耦合的支持良好 作為一款開源軟件，Code_Saturne還提供了豐富的用戶自定義函數的接口，滿足不同仿真應用場景和案例的精細化設置， 用戶還可以根據自己的需求對源代碼進行修改，更加詳細的Code_Saturne用戶自定義函數的使用方法將在2021年1月份的Code_Saturne用戶自定義函數使用專題培訓中進行介紹

求解設置根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次穩態計算選擇了網格靜止不動的MRF旋轉坐標系法，計算迭代步數400步，相關設置如下。

旋轉加工相比鍛造成形，由于生產持續時間長，模具運動路徑復雜，工藝過程難控制，經常采用現場實驗的方法改進工藝。有限元仿真技術是目前廣泛應用的、先進的、成熟的工藝研究手段，雖然目前也能成功的仿真旋轉加工工藝，但存在兩個問題，一是工藝路徑和流程復雜，仿真前處理設置繁瑣；二是有限元計算時步長非常小，而整個工藝又持續時間長，總的計算步經常需要上萬、甚至十幾萬步，計算時間久。

二、求解設置根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次瞬態計算選擇了網格區域移動的滑移網格法，仿真的模擬時間為10s，相關設置如下。三、仿真結果迭代完成之后仿真云圖如下所示。

壓縮機中的旋轉失速 壓縮機中的旋轉失速失速現象可能對壓縮機造成嚴重損害，因此預測在何種工況下會出現旋轉失速的現象就顯得十分有必要。在本次介紹的算例中，就使用法國電力（EDF）開發的通用計算流體力學（CFD）求解器 code_saturne進行數值模擬，并將仿真結果同實驗測量數據以及FLUENT商業軟件的仿真結果進行比較，證明了code_saturne進行可壓縮流場仿真計算的可信性。

旋轉組旋轉組是一組以相同速度旋轉的渦輪機轉子總成。大多數燃氣輪機都有一個為壓縮機提供動力的多級高壓旋轉組，以及一個為推進風扇或動力軸提供動力的低壓旋轉組。在蒸汽渦輪機中，由于蒸汽能量會減少，因此會使用多級轉子葉片來提取壓力。定子葉片流體流入和流出渦輪機轉子總成的速度、大小和方向以及壓力，對于渦輪機性能至關重要。

求解設置根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次穩態計算選擇了網格靜止不動的MRF旋轉坐標系法，計算迭代步數400步，相關設置如下。

這是一套全面的計算流體力學 (CFD) 的解決方案，同時具有高性能、高精度、多物理場仿真能力，完美適配旋轉機械CFD模擬需求。

本案例利用Fluent中的6DOF模型與滑移網格，對垂直軸風力機被動旋轉展開了相關仿真計算，本案例僅進行了簡單的教學演示，依據該案例的設置方法，后續可以對不同的垂直軸風力機展開更為精準復雜的仿真計算。

此外，流體傳熱分析軟件FloEFD也開發了整機仿真功能，并對KJ-66微型渦噴發動機進行了CFD分析，如圖6（a）所示。計算時，將整個渦噴發動機作為一個單元，其各部件之間不存在任何傳遞、對稱和周期性的情況。模型采用在局部旋轉區分析流體流動以模擬旋轉部分，即每個旋轉的實體部件周圍都有一個軸對稱的旋轉區，該旋轉區有自己的局部坐標系并與部件一起旋轉。

H2O Turbines Ltd 是英國渦輪增壓風力發電機技術專家。該公司已經建造了一個創新的3KW家用渦輪機，該渦輪機使用專利技術將風能轉化為熱能和電能（圖 1）。該渦輪機足夠小，無需規劃許可即可安裝在后花園中，并將旋轉運動能量轉換為儲存的熱能。簡單來說，當風吹來時，渦輪機的頂部開始旋轉，旋轉軸進入渦輪機的底部進行運轉。渦輪機不使用電氣元件，在運行和發電過程中不燃燒碳，也不使用貴金屬。

前段時間，一個朋友去到一家做水泵的行業，問我SOLIDWORKS能夠做流體仿真么？我說，能啊。朋友又問，我現在做水泵，里面的葉片旋轉，可以模擬么？我說，當然可以了啊。那么，我就做了個小例子給他，首先，我先建了個如下圖所示模型，當然真正的泵不是這樣的，我這個，只是玩具，甚至連玩具都稱不上。