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Bezier曲線設(shè)計渦輪葉片造型與CFD驗證解析賀 恒(廣東博智林機(jī)器人有限公司，廣東 佛山 528000)摘 要：通過選取某尺寸的渦輪和流量值作為案例,解析了運(yùn)用Bezier曲線設(shè)計渦輪葉片造型的過程，進(jìn)行了計算流體動力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)驗證，得到渦輪機(jī)械性能預(yù)測曲線，驗證了渦輪葉片造型設(shè)計。

在本文中，我們將討論用于渦輪機(jī)械設(shè)計優(yōu)化的不同技術(shù)。 渦輪機(jī)械設(shè)計優(yōu)化 為什么需要優(yōu)化？就其構(gòu)建和操作方式而言，渦輪機(jī)械是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。流體、其熱特性和機(jī)器設(shè)計之間的相互作用使得渦輪機(jī)械過程解決方案難以滿足所有性能要求。

渦輪機(jī)械設(shè)計軟件的使用賦予了設(shè)計人員權(quán)力，使他們能夠完全控制渦輪機(jī)械設(shè)計。渦輪機(jī)械設(shè)計軟件為渦輪機(jī)械級或組件（如定子、葉輪、蝸殼等）的一維或三維參數(shù)化概念設(shè)計提供了一個平臺。設(shè)計軟件還允許訪問各種集成分析工具，以驗證性能、耐用性和可靠性該設(shè)計。使用渦輪機(jī)械設(shè)計軟件可以優(yōu)化設(shè)計，從而允許設(shè)計人員擴(kuò)展設(shè)計范圍以納入渦輪機(jī)械應(yīng)用的所有要求。

、多級和多模塊渦輪機(jī)械的設(shè)計工作流程。

Vestas在其整個產(chǎn)品鏈上擴(kuò)展Ansys仿真解決方案的使用，幫助其開發(fā)更安全的風(fēng)力渦輪機(jī)控制解決方案（圖片由Vestas提供） Vestas使用Ansys SCADE的基于模型的軟件開發(fā)環(huán)境來設(shè)計風(fēng)力渦輪機(jī)控制器，成功滿足其獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計與認(rèn)證要求。

圖 6: 渦輪增壓器的改進(jìn) - 渦輪渦旋被做得更薄，并用熱絕緣體包裹，以盡量提高渦輪功率。 Cradle CFD的分析結(jié)果還表明，通過使用一個非常小的出口角，效率可以比市場上的其他產(chǎn)品高出10%，比市場上的其他產(chǎn)品更好。"在過去，制造商無法實現(xiàn)諸如非常小的出口角幾何形狀的設(shè)計特征，因為制造完成這種設(shè)計是非常耗費(fèi)勞動力的。

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這一部分對于設(shè)計很重要，避免在風(fēng)載和運(yùn)行下激發(fā)固有頻率。圖 2：使用 MSC Apex 進(jìn)行幾何清理圖 3：固有頻率分析 事實上，H2O 渦輪機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再轉(zhuǎn)化為熱能。 為了將能量從渦輪機(jī)傳輸?shù)郊訜嵯到y(tǒng)，將使用大型行星齒輪系統(tǒng)。 因此，不僅需要正確設(shè)計和確定齒輪組件的尺寸，還需要確定可以傳遞到加熱系統(tǒng)的機(jī)械能。

圖4 微型渦輪機(jī)外殼打印03功能集成一體化設(shè)計的概念通過微型渦輪機(jī)外殼的設(shè)計案例，我們可以看到增材制造的優(yōu)勢，它不僅可以完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成型，帶來了部件數(shù)量的減少，同時還包括多種功能的集成在一個部件上，比如為了減重而設(shè)計的中空通道還可以作為冷卻系統(tǒng)的冷卻流道，兼具散熱的功能。

加入我們，探索用于渦輪機(jī)械設(shè)計的最新 CFD 技術(shù)： 用于執(zhí)行初步中線設(shè)計和 3D 優(yōu)化的專用 CAE 模塊 一套強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分工具，用于生成高質(zhì)量網(wǎng)格 最快、最準(zhǔn)確的渦輪機(jī)械集成求解器，旨在最大限度地提高性能地點(diǎn)和日期Cadence Design Systems, Building No. 4A & 4B, RMZ Ecoworld

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效率是此類渦輪機(jī)械最受追捧的品質(zhì)，工程師應(yīng)將渦輪機(jī)械工藝方案的設(shè)計和優(yōu)化作為研究的重點(diǎn)。 計算流體動力學(xué) (CFD)用于優(yōu)化渦輪機(jī)械部件的形狀和尺寸。CFD 能夠可視化流體流動行為并對其影響進(jìn)行數(shù)值分析，是一種強(qiáng)大的工具。在本文中，我們將討論如何使用 CFD 設(shè)計和優(yōu)化渦輪機(jī)械工藝解決方案。

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其渦輪機(jī)械解決方案涵蓋 U-RANSRANS 流量仿真、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、高保真度仿真、結(jié)構(gòu)分析、初步設(shè)計、設(shè)計優(yōu)化等多種方法。

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