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– Ariane Deneuve，ArianeGroup 渦輪機(jī)械功能設(shè)計(jì) JOLE33 負(fù)責(zé)人。火神引擎Vulcain 是一種以液態(tài)氫和液態(tài)氧為燃料的低溫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這些推進(jìn)劑在非常低的溫度下儲(chǔ)存在兩個(gè)獨(dú)立的罐中，因此是“低溫的”。液態(tài)氫處于-250°C，液態(tài)氧處于-180°C。推進(jìn)劑通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的渦輪泵在高壓下輸送到 Vulcain? 發(fā)動(dòng)機(jī)，提供非常令人印象深刻的性能。

利用 ANSYS Fluent 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格進(jìn)行渦輪泵仿真的方法

前言 在處理渦輪機(jī)械時(shí)，例如壓縮機(jī)、螺旋槳或離心泵等，最輕微的設(shè)計(jì)變化往往會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。根據(jù)機(jī)器的不同，即使是1% 的效率提高，也可以在機(jī)器的使用壽命內(nèi)節(jié)省數(shù)千美元的成本。 渦輪機(jī)械在轉(zhuǎn)子和流體之間傳遞能量。

渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)：渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生推進(jìn)力，而是產(chǎn)生扭矩來(lái)驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的螺旋槳、船舶的螺旋槳或陸地車(chē)輛的車(chē)輪。 渦輪泵：渦輪泵使用燃燒產(chǎn)生的熱氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)泵。最常見(jiàn)的渦輪泵，是用于液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料泵，或用于石油和天然氣開(kāi)采的高流量泵。利用仿真設(shè)計(jì)和改進(jìn)渦輪機(jī)從事渦輪機(jī)設(shè)計(jì)的工程師，會(huì)從不同方面來(lái)研究渦輪的定義與優(yōu)化。

通過(guò)對(duì)渦輪機(jī)械工藝解決方案中的應(yīng)力、應(yīng)變、能量損失、壓力變化和流動(dòng)模式進(jìn)行全面分析，CFD 仿真可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化以提高機(jī)器效率。 渦輪機(jī)械是現(xiàn)代工程的重要組成部分；它的用途包括航空航天、發(fā)電和汽車(chē)應(yīng)用。壓縮機(jī)、渦輪機(jī)和泵等渦輪機(jī)械過(guò)程解決方案使能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式以及在不同組件之間傳輸這些能量變得更加容易。

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計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）促進(jìn)了通過(guò)離心泵計(jì)算流場(chǎng)及其設(shè)計(jì)的進(jìn)展。一些研究人員試圖弄清楚離心泵內(nèi)部的流場(chǎng)，以?xún)?yōu)化離心渦輪機(jī)械的設(shè)計(jì)。例如，Asuaje等人（2005年），Majidi（2005年），Huang和Wu（2006年）和Zhang等人（1994年）研究了離心泵中的流場(chǎng)，并使用CFD方法進(jìn)行了參數(shù)研究。

當(dāng)泵的流量改變時(shí)，渦輪的特性曲線(xiàn)也隨之改變，利用式(18)中的公式[6-8]，可以換算出驅(qū)動(dòng)渦輪在不同流量值下的特性曲線(xiàn)。如果額定流量為Q時(shí)的特性曲線(xiàn)已知，則新流量Q′的渦輪特性曲線(xiàn)，可以用相似理論求出。

考慮到整個(gè)機(jī)器的流體速度均勻，出口處的動(dòng)能可以計(jì)算為： 渦輪機(jī)流量系數(shù)可以計(jì)算為： 這個(gè)等式可以進(jìn)一步闡述為： 上述等式是評(píng)估渦輪機(jī)械（例如渦輪機(jī)、壓縮機(jī)或泵）性能的主要公式。處理給定壓差的大質(zhì)量流量的能力表明效率高，反之亦然。

質(zhì)量流量可以計(jì)算為： 將流體從入口移動(dòng)到出口所需的功率為： P = 功率 η = 機(jī)器效率 ?p = 壓差 = 入口壓力 - 出口壓力 考慮到整個(gè)機(jī)器的流體速度均勻，出口處的動(dòng)能可以計(jì)算為： 渦輪機(jī)流量系數(shù)可以計(jì)算為： 這個(gè)等式可以進(jìn)一步闡述為： 上述等式是評(píng)估渦輪機(jī)械（例如渦輪機(jī)、壓縮機(jī)或泵

，k-w SST 湍流模型可有效預(yù)測(cè)渦輪機(jī)械中的流動(dòng)分離，從而可以準(zhǔn)確評(píng)估泵性能。

最后，強(qiáng)大的 CFD 和熱-流分析還可以涵蓋許多風(fēng)力渦輪機(jī)問(wèn)題，例如潛在的氣動(dòng)彈性顫振、葉片的空氣動(dòng)力學(xué)和專(zhuān)業(yè)泵的設(shè)計(jì)（圖 8 和 9）。此外，Cradle CFD 可以與其他產(chǎn)品（例如 Actran）結(jié)合使用，以預(yù)測(cè)來(lái)自渦輪葉片的氣動(dòng)噪聲。由于渦輪機(jī)將安裝在住宅區(qū)的后院，因此最大限度地降低氣動(dòng)噪聲對(duì)產(chǎn)品的成功至關(guān)重要。

其壓力基求解器針對(duì)泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)、螺旋槳、壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等；其密度基求解器擁有空間和時(shí)間上的二階精度；適用于大長(zhǎng)寬比的網(wǎng)格，強(qiáng)大AMG線(xiàn)性求解器可以對(duì)邊界條件和連接做完全隱式處理，并可在結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化算法之間切換，加速幾何多重網(wǎng)格收斂。

教學(xué)模型通過(guò)一步步指導(dǎo)，演示了各種實(shí)用的建模操作，這包括： 對(duì)旋轉(zhuǎn)域和非旋轉(zhuǎn)域分割幾何 利用參數(shù)化分析計(jì)算泵特性曲線(xiàn) 拉伸網(wǎng)格、入口通道和出口通道 使用高度參數(shù)化定義幾何 幾何特征去除專(zhuān)業(yè)的離心泵建模功能COMSOL? 軟件中的凍結(jié)轉(zhuǎn)子 特征是分析離心泵及其他類(lèi)型的渦輪機(jī)械的“利器”。

用于渦輪機(jī)械設(shè)計(jì)3月14日概述加入我們的 CadenceCONNECT：CFD 技術(shù)日，我們將討論渦輪機(jī)械技術(shù)高保真解決方案的最新進(jìn)展，包括挑戰(zhàn)、優(yōu)勢(shì)和最佳實(shí)踐。在這個(gè)面對(duì)面的全天研討會(huì)中，您將有機(jī)會(huì)聽(tīng)取來(lái)自比利時(shí)和美國(guó)的 Cadence CFD 專(zhuān)家的意見(jiàn)。此外，您還將有機(jī)會(huì)與該領(lǐng)域的其他專(zhuān)家會(huì)面并討論技術(shù)、路線(xiàn)圖和用例。