Ansys для вращающегося оборудования и турбомашин

Требования к низкому энергопотреблению и высокой надежности нуждаются в  использовании лучших инструментов моделирования с высокой точностью в процессе проектирования компрессора. Эти требования охватывают автомобильную промышленность, химические процессы, нефтегазовую промышленность. Также приложения HVAC применяются к компрессорам, нагнетателям, вентиляторам и турбонагнетателям.

Нефтяные и газовые турбомашины должны обеспечивать более широкий рабочий диапазон и большую надежность, поскольку ископаемое топливо с сильно изменяющимися свойствами текучей среды добывается с больших глубин и из более удаленных мест.

Требования к характеристикам турбокомпрессора аналогичны. Кроме того, небольшой допустимый размер корпуса означает, что требуются лучшие доступные инструменты моделирования турбокомпрессора. Инженеры должны разрабатывать конструкции, сочетающие высокую аэродинамическую эффективность с выдающейся прочностью. Успех требует высокоточного моделирования в каждой дисциплине с легким междисциплинарным сотрудничеством.

ANSYS CFD и сопутствующие турбоинструменты позволяют разрабатывать пути потока с высокой аэродинамической эффективностью. При использовании вместе со структурными инструментами ANSYS точный аэромеханический анализ позволяет получить надежные лопастные компоненты, оптимизированные по весу, прочности, долговечности и эффективности. Ansys rotordynamics обеспечивает стабильность машины, даже учитывая влияние гибкости опоры и корпуса на узел вращающегося вала.

Эффективность, эксплуатационная гибкость и надежность являются важнейшими параметрами для гидравлического оборудования всех типов. Современная конструкция гидротурбины должна обеспечивать очень высокий КПД, так как теперь ожидается, что оборудование будет работать в увеличенном рабочем диапазоне и будет работать чаще. Аналогичные требования предъявляются к конструкции насосов, а также к преобразователям крутящего момента транспортных средств и судовым жидкостным двигательным установкам, включая гребные винты.

Все машины должны соответствовать повышенным стандартам срока службы и долговечности. Насосы с электродвигателем должны обеспечивать высокую производительность при минимальном потреблении энергии. Преобразователи крутящего момента должны сочетать эффективность с широкими характеристиками передачи крутящего момента. Жидкостные машины должны быть устойчивыми к кавитации в широком диапазоне своего рабочего диапазона, чтобы обеспечить производительность и избежать повреждений.

ANSYS предоставляет инструменты гидравлического моделирования, ориентированные на турбомашины, для разработки эффективных и высокопроизводительных путей потока, и все это в интегрированной среде, которая максимизирует производительность труда пользователей. Эти инструменты связаны с механическими решениями ANSYS для обеспечения надежной разработки структурных компонентов.

Снижение расхода топлива - ключевая цель конструкции авиационных двигателей, а также газовых турбин. Перед проектировщиками паровых турбин также стоит задача создать машины с высоким КПД. Низкие выбросы необходимы для удовлетворения растущих экологических проблем общества и ужесточения государственного законодательства.

Операционная цель - снижение затрат на обслуживание при повышенной гибкости. Регулирующие органы требуют повышения безопасности. При увеличении количества возобновляемых источников энергии в сети генераторы электроэнергии должны быстро запускаться / останавливаться и обеспечивать увеличенный рабочий диапазон.

Конструкторы должны улучшить рабочие характеристики всех ключевых компонентов, что означает повышение аэродинамической эффективности, увеличение удельной мощности, управление более высокими температурами, поддержку больших нагрузок и снижение веса, при этом увеличивая срок службы.

Программное обеспечение для мультифизического моделирования ANSYS в значительной степени способствует экономии топлива. ANSYS CFD и сопутствующие турбоинструменты обеспечивают высокую аэродинамическую эффективность проточных каналов и камер сгорания. При использовании в сочетании со структурными инструментами ANSYS точный аэромеханический анализ обеспечивает надежность компонентов лопастей, оптимизированных по весу, прочности, долговечности и эффективности. Вращающиеся узлы с несколькими золотниками можно оптимизировать с помощью программного обеспечения ANSYS для моделирования роторной динамики.

Ключевой аэродинамической характеристикой конструкции ветряной турбины, а также моделирования лопастей воздушного винта и ротора является отсутствие направления потока из-за низкой прочности лопастей. Следовательно, требования включают подачу мощности и аэродинамическую эффективность в широком диапазоне падения потока. Надежность и безопасность также имеют первостепенное значение из-за недоступности и безопасности человека.

Задача конструкторов - разработать оборудование, сочетающее высокую аэродинамическую эффективность с выдающейся прочностью. Успех требует высокоточного моделирования в каждой дисциплине с легким междисциплинарным сотрудничеством, поэтому компоненты и сборки решают несколько задач.

Инструменты ANSYS CFD, геометрия и создание сетки позволяют разрабатывать лопасти ротора с высокой аэродинамической эффективностью и прочностью. При использовании вместе со структурными инструментами ANSYS точный аэромеханический анализ позволяет получить надежные компоненты лопастей, оптимизированные по весу, прочности, долговечности и эффективности.

Чтобы снизить расход топлива или повысить эффективность, разработчики обращают внимание на все компоненты и дисциплины, которые могут повлиять на производительность машины: турбину, компрессор, камеру сгорания, впуск и выпуск, а также аэро / гидродинамику, тепловые эффекты, эффекты сгорания, механические и динамические эффекты.

Задачи включают компромиссы: например, увеличение нагрузки без ущерба для дальности полета; уменьшение веса, но сохранение прочности и долговечности; и повышение температуры обжига без ущерба для надежности, увеличения стоимости или сложности.

Интегрированный набор инструментов ANSYS охватывает всю соответствующую физику с соответствующей предварительной и последующей обработкой для турбомашин, и все это в интегрированной среде. Программное обеспечение ускоряет разработку высокоэффективного, высокопроизводительного пути первичного потока, эффективных путей вторичного потока, высокотемпературных камер сгорания с низким уровнем выбросов, стабильных и надежных вращающихся узлов, а также компонентов, оптимизированных для длительного срока службы и устойчивых к заданным колебаниям нагрузок. и тепловые условия. 

Инструменты ANSYS оптимизированы для обеспечения высокой производительности в современных вычислительных средах, обеспечивая высокое качество моделирования, необходимое разработчикам турбомашин.

Высокая температура горения может сократить срок службы промышленного продукта. Соответствующая стратегия управления температурным режимом может уменьшить вредные последствия. Оптимальный контроль и размещение охлаждающего воздуха требует детального знания поля потока вокруг горячих компонентов, а также способности точно прогнозировать входные данные такие как напряжение, вибрация, теплопередача и температура, необходимые для точного прогнозирования срока службы оборудования. Все должно быть доступно в широком рабочем диапазоне, включая условия запуска и останова.

Полное мультифизическое решение от Ansys предоставляет интегрированные инструменты и рабочий процесс, необходимые для оценки и повышения долговечности оборудования. Решения Ansys CFD обеспечивают поле потока и граничные условия для подробного термического анализа компонентов. Входные данные для анализа термического напряжения могут быть переданы из CFD или непосредственно определены во время механического анализа. Модальное, нелинейное моделирование напряжений и полное моделирование роторной динамики, включая эффекты корпуса / опоры, завершают структурное решение. Уникальное сочетание возможностей вычислительной гидродинамики, структурных и динамических характеристик позволяет проводить детальное аэроупругое моделирование, обеспечивая непревзойденную точность и понимание устойчивости машины.

Снижение выбросов углекислого газа требует более высокой эффективности машины и более высоких температур горения топлива. Проектировщики камеры сгорания должны создавать и контролировать эти температуры, сводя к минимуму другие выбросы, включая NOx, SOx, сажу и несгоревшие углеводороды, в широком рабочем диапазоне. Для турбины, расположенной ниже по потоку, требуется хорошо перемешанный поток без горячих потоков, которые могут повредить лопатки.

Инструменты инженерного моделирования ANSYS обеспечивают полное моделирование камеры сгорания. Современные модели сгорания вместе с самым широким доступным диапазоном моделей турбулентности на основе RANS и LES упрощают масштабируемость моделирования до любого желаемого уровня точности. Точные химические и реакционные модели дополняют набор процессов сгорания. Наши мощные сеточные устройства ускоряют создание сложных моделей, типичных для современных камер сгорания, позволяя детально фиксировать сложные охлаждающие и смешивающие потоки. Тепловые эффекты фиксируются как в CFD-моделировании, так и в структурном моделировании, с оптимизированной связью между ними. Инструменты ANSYS оптимизированы для высокопроизводительных вычислений для современных кластеров, что позволяет моделировать самые большие модели.

Индустрия промышленного оборудования подталкивает турбомашины к пределу с точки зрения надежности, эффективности и рабочего диапазона. Список требований длинный: увеличенный запас по помпажу, улучшенная стабильность при низком расходе, увеличенная перегрузка, расширенный диапазон условий на входе, суровые условия, быстрый запуск и останов, работа с переменной скоростью, диапазон типов жидкости, запас кавитации и т. д.

ANSYS предоставляет широкий спектр инструментов и физических возможностей, необходимых для разработки надежных машин. Инструменты и рабочие режимы для турбомашин позволяют быстро разрабатывать основные пути потока, включая аэродинамическое, механическое моделирование, моделирование горения и тепловое моделирование. Усовершенствованные модели кавитации предсказывают кавитационный пробой гидравлического оборудования. Доступны инструменты для быстрого и точного теплового моделирования, включая все режимы теплопередачи и эффекты термического напряжения. Модели аэромеханики позволяют оценить флаттер лопастей и вынужденный отклик. Комплексные возможности роторной динамики программного обеспечения позволяют оценивать устойчивость машины, включая взаимодействие и влияние опорных конструкций.