CFX旋转机械解决方案-ANSYS turbomachinery solution-YX-V1.2.docx

?DECEMBER2019

AnsysTurbosystem旋转机械解决方案

xiang.yao@

ANSYSChina

演讲人简介

?姚翔

?北京航空航天大学流体机械专业

?ANSYSChina,ApplicationEngineer

?专业方向：航发涡轮气动冷却设计

?负责产品：ANSYSCFX，TurboSystem等

?北京市海淀区中关村科学院南路2号融科资讯中心C座北

楼601-03单元

?xiang.yao@

?18600953859

2?2015ANSYS,Inc.April23,2020

叶轮机械行业概述、趋势及

挑战

ColorTheme

旋转机械行业应用

航空汽车HVAC医学石油化工电力行业

航空发动机涡轮增压器制冷压缩机人造心脏微型燃机燃气轮机

辅助动力

APU

油泵泵工业压缩机汽轮机

油泵风扇风扇汽轮机水轮机

液力变矩器泵风力发电机

4

旋转机械典型行业应用案例

航发、燃气轮机风

扇、压气机和涡轮

叶片性能分析

风力发电机叶片气

动性能分析

车用涡轮增压器离

心压气机、径流涡

轮性能分析

离心水泵离心叶轮、

蜗壳设计及性能分

析

5

旋转机械行业面临挑战

?产品性能需求

‐气动效率‐气动载荷

‐稳定工作裕度

‐全生命周期成本

?环保及低污染排放需求?市场竞争需求

‐CO2、NOx排放‐产品成本

‐低油耗‐上市周期

‐噪音水平‐创新能力

‐产品竞争力

6

旋转机械仿真发展趋势及挑战

?几何结构更加复杂

?非定常流动分析需求

‐偏离设计点工况分析

‐进口来流畸变‐叶片颤振分析

?多学科耦合分析需求

‐涡轮叶片流热耦合分析

‐风扇叶片流固耦合分析

?产品设计优化可靠性分析

?全系统仿真分析

7

航空发动机中典型Ansys仿真应用

Emissions

CompressorAerodynamics

TurbineAerodynamics

DiskSeal

Analysis

(CC)RollsRoyceplc:“TheJetEngine”

StressAnalysis

HeatTransfer

MultidisciplinaryApplication

8

航空发动机中典型Ansys仿真应用

原型机

?软件工具

‐ANSYSCFX,ANSYSMeshing

?网格划分

‐35Mcells,6面体+4面体网格

?仿真结果

几何建模与

网格划分

‐增压比、流量、总压恢复系数、落压

比、温度比、输出功率、效率等主要

参数与试验误差均小于6%

S2流面温度云图

整机仿真包含了压气机、燃烧

室和涡轮等全部部件！

整机速度流线图

9

AnsysTurbosystem叶片设计、仿真和分析流程

AnsysTurbosystem分析流程

1D/2D设计优化

网格划分

根据基本设计要求采用ANSYS采用ANSYSTurboGrid进行叶片全六VISTA/BladeGen/BladeEditor软件面体网格的划分

进行叶片的1D/2D几何设计

1D/2D设

计优化

网格划分计算求解后处理

结果后处理

计算求解

采用CFX进行气动性能仿真前处采用叶轮机专用后处理软件CFX

理和计算求解Post进行后处理

11

AnsysTurbosystem分析流程

优化的实施

optiSLang

VistaBladeGenBladeEditorTurboGridCFXThermalMechanical

网格+工况

实际流场结构温度场设计指标设计流场叶型几何几何结构

设计流场

叶型几何

需优化的参数

网格

实际流场

+

结构温度场

+

优化指标

强度、振动分析

+

优化指标

VistaTF

二维通流分析

方案筛选

12

AnsysTurbosystem离心压气机分析流程

1D初始设计

VistaBladeEditor

转子叶轮初始几何设计

2D通流分析

VistaTF

3D网格生成

3D叶轮CFD仿真计算

模态分析

蜗壳几何+网格

应力分析

3D叶轮+蜗壳CFD仿真

结果后处理

13

AnsysWorkbench集成工具平台

流程清晰、易于使用

可完成多学科仿真优化流程

采用拖曳方式快速搭建流程

易于参数化分析、优化设计

14

AnsysWorkbench参数化分析流程

15

Vista旋转机械一维中弧线/流场设计工具

?英国PCA工程咨询公司开发，集成于ANSYS

Workbench平台，可对叶轮机械进行流场（速度

三角形）设计并产生一维中