搜索行業(yè)方案 | CFD仿真技術(shù)在水輪機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用簡(jiǎn)介
2018-06-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
CFD技術(shù)在水輪機(jī)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用使其地位變得越來越重要。其中主要原因是:在模型轉(zhuǎn)輪制造之前就可以采用CFD對(duì)水力設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,這樣可以大大減少模型試驗(yàn)的時(shí)間和費(fèi)用。其次,采用CFD可以對(duì)最終設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪葉片型線進(jìn)行優(yōu)化,這在傳統(tǒng)的模型試驗(yàn)方法中是幾乎不可能的。下文是CFD仿真技術(shù)在解決水輪機(jī)產(chǎn)品研發(fā)過程中部分常見工程問題的簡(jiǎn)要介紹:
水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)
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蝸殼的水力設(shè)計(jì)
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固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)
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轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計(jì)
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尾水管的水力設(shè)計(jì)
水輪機(jī)的效率是考察其性能的最重要的指標(biāo)之一。借助ANSYS強(qiáng)大的數(shù)值分析工具,工程師可以在模型實(shí)驗(yàn)之前對(duì)水力設(shè)計(jì)的質(zhì)量進(jìn)行綜合且細(xì)致的評(píng)判。
水輪機(jī)的壓力脈動(dòng)
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尾水管渦帶的仿真
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葉道渦、卡門渦仿真
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轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉的動(dòng)靜干涉
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非設(shè)計(jì)工況的壓力脈動(dòng)
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過渡過程的壓力脈動(dòng)
ANSYS軟件可以分析水輪機(jī)運(yùn)行中的非定常水力激勵(lì)力。通過比較轉(zhuǎn)輪內(nèi)與轉(zhuǎn)輪外流道的水壓力脈動(dòng)特性,分析動(dòng)靜干涉、葉道渦、卡門渦等引起的壓力脈動(dòng)頻率與幅值特性,分析脈動(dòng)傳遞與衰減等影響。總結(jié)發(fā)現(xiàn)尾水管內(nèi)渦帶引起的壓力脈動(dòng)與受其影響的轉(zhuǎn)輪內(nèi)的壓力脈動(dòng)的聯(lián)系,找出了兩者之間的頻率計(jì)算公式,及不同運(yùn)行工況不同渦帶特性下的計(jì)算公式的修正方法。
水輪機(jī)的空化
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不同水頭、導(dǎo)葉開度下的空化狀態(tài)
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空化-效率曲線計(jì)算
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空化引起的壓力脈動(dòng)
ANSYS軟件可以進(jìn)行水輪機(jī)全流道空化流計(jì)算,得到內(nèi)部?jī)上嗫栈鲌?chǎng)的詳細(xì)情況,預(yù)測(cè)水輪機(jī)的空化性能。
含沙水流分析及磨損預(yù)測(cè)
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顆粒多相流仿真
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材料磨損的定性、定量分析
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優(yōu)化轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)(進(jìn)口直徑和出口直徑等設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇、轉(zhuǎn)輪葉片的改進(jìn)設(shè)計(jì))
水輪機(jī)泥沙磨損不僅與過機(jī)水流的含沙量,沙粒的礦物成分、硬度、形狀、粒徑、運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān),而且受水輪機(jī)的設(shè)計(jì)、水力模型(包括葉型、流道)的空化特性及過流部件所采用材料的影響。在水力設(shè)計(jì)上,可借助于ANSYS數(shù)值模擬進(jìn)行磨損預(yù)測(cè)分析。
其他(結(jié)構(gòu)、流固耦合問題)
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水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)部件的剛強(qiáng)度分析
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水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)部件的疲勞分析
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轉(zhuǎn)輪濕模態(tài)分析
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水輪機(jī)多物理場(chǎng)分析(結(jié)構(gòu)+流體)
隨著水輪機(jī)單機(jī)容量的不斷提高、新材料的使用、機(jī)組運(yùn)行水頭變幅大,轉(zhuǎn)輪的水力動(dòng)載荷和裂紋問題明顯增多,影響機(jī)組的安全運(yùn)行。運(yùn)用ANSYS軟件的結(jié)構(gòu)分析、流體分析以及耦合分析可以幫助工程師更好的解決水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)場(chǎng)、耦合場(chǎng)問題。
相關(guān)CAE軟件模塊:
幾何建模: ANSYS SCDM
結(jié)構(gòu)仿真分析: ANSYS Mechanical
疲勞壽命分析:ANSYS nCode Designlife、ANSYS Fatigue
流體仿真分析: ANSYS CFX、Fluent、ICEM CFD
流體機(jī)械專用模塊:ANSYS Blade Modeler、TurboGrid、VistaTF
多物理場(chǎng)耦合分析:ANSYS Multiphysics、ANSYS Mechanical/Emag
設(shè)計(jì)優(yōu)化分析:ANSYS optiSlang
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