搜索行業(yè)方案 | CFD仿真技術(shù)在水輪機產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用簡介
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對水力設(shè)計進行優(yōu)化,這樣可以大大減少模型試驗的時間和費用。其次,采用CFD可以對最終設(shè)計的轉(zhuǎn)輪葉片型線進行優(yōu)化,這在傳統(tǒng)的模型試驗方法中是幾乎不可能的。下文是CFD仿真技術(shù)在解決水輪機產(chǎn)品研發(fā)過程中部分常見工程問題的簡要介紹:
水輪機的水力設(shè)計
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蝸殼的水力設(shè)計
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固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉的水力設(shè)計
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轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計
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尾水管的水力設(shè)計
水輪機的效率是考察其性能的最重要的指標之一。借助ANSYS強大的數(shù)值分析工具,工程師可以在模型實驗之前對水力設(shè)計的質(zhì)量進行綜合且細致的評判。
水輪機的壓力脈動
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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)葉的動靜干涉
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非設(shè)計工況的壓力脈動
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過渡過程的壓力脈動
ANSYS軟件可以分析水輪機運行中的非定常水力激勵力。通過比較轉(zhuǎn)輪內(nèi)與轉(zhuǎn)輪外流道的水壓力脈動特性,分析動靜干涉、葉道渦、卡門渦等引起的壓力脈動頻率與幅值特性,分析脈動傳遞與衰減等影響?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)尾水管內(nèi)渦帶引起的壓力脈動與受其影響的轉(zhuǎn)輪內(nèi)的壓力脈動的聯(lián)系,找出了兩者之間的頻率計算公式,及不同運行工況不同渦帶特性下的計算公式的修正方法。
水輪機的空化
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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-效率曲線計算
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空化引起的壓力脈動
ANSYS軟件可以進行水輪機全流道空化流計算,得到內(nèi)部兩相空化流場的詳細情況,預(yù)測水輪機的空化性能。
含沙水流分析及磨損預(yù)測
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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(進口直徑和出口直徑等設(shè)計參數(shù)的選擇、轉(zhuǎn)輪葉片的改進設(shè)計)
水輪機泥沙磨損不僅與過機水流的含沙量,沙粒的礦物成分、硬度、形狀、粒徑、運動速度等有關(guān),而且受水輪機的設(shè)計、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)計上,可借助于ANSYS數(shù)值模擬進行磨損預(yù)測分析。
其他(結(jié)構(gòu)、流固耦合問題)
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水輪機、發(fā)電機結(jié)構(gòu)部件的剛強度分析
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水輪機、發(fā)電機結(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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水輪機多物理場分析(結(jié)構(gòu)+流體)
隨著水輪機單機容量的不斷提高、新材料的使用、機組運行水頭變幅大,轉(zhuǎn)輪的水力動載荷和裂紋問題明顯增多,影響機組的安全運行。運用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的結(jié)構(gòu)場、耦合場問題。
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
流體機械專用模塊:ANSYS Blade Modeler、TurboGrid、VistaTF
多物理場耦合分析:ANSYS Multiphysics、ANSYS Mechanical/Emag
設(shè)計優(yōu)化分析:ANSYS optiSlang
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