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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如...
2020 - 09 - 02
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1709字,阅读时间预计6分钟编者按作者利用ANSYS Icepak和SIwave的双向耦合技术,分析了PCB的布线导热率分布、铜线焦耳热及其温度对导热率的影响,以此得到与真实情况最为相近的结果,用于评估发热问题。此方法可为企业设计与生产节约大量的时间及产品成本。印刷电路板(Printed Circuit Boards,以下简称PCB)是由绝缘介质(...
2020 - 08 - 26
作者:李桂花  安世亚太结构应用工程师本文共计422字,阅读时间预计2分钟编者按作者利用ANSYS单元的生死功能,通过修改单元刚度的方式,模拟出牛郎织女七夕节鹊桥相会的场景,让仿真充满生活气息,趣味十足。今天教大家用ANSYS单元生死技术做一个高端大气上档次的鹊桥相会。操作步骤第一步:建模模型很简单,一座拱桥,两颗爱心。第二步,画网格选择插入method,选择Body Fitted Ca...
2020 - 08 - 19
作者:谢文丽 上海安世亚太流体应用工程师本文共计2074字,阅读时间预计7分钟编者按作者使用工艺尺寸链计算软件——PDCC,一键计算,高效准确,解决了传统计算方式难以解决的问题,在生产阶段大幅度提高了工作效率。工艺尺寸是根据加工条件,在工艺规程中给出的尺寸,是为了保证零件图纸的尺寸而设计的。如果工艺尺寸设计不合理会直接导致零件加工不合格,因此对于复杂的轴类及箱体类零件、易变性零件等而言,保证工艺尺...

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基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析
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基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

介绍

旋转机械作为一种通用机械广泛应用于众多领域,越来越多的风机/泵企开始把节能提效指标放在研发的首位,不仅仅是为了响应国家节能减排,也是为了提升自身产品在国内外优质产品间的竞争实力,旋转机械在自身的节能方式上有以下几点:高效的水力/气动模型、减小流道内的摩擦、减小机械损失、合理的选型、配用高效电机、能效检测、变频运行等等。那么合理的设计和优化是节能的前提和基石。


在ANSYS软件中,有一套完整的用于旋转机械的TurboSystem设计工具。

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通过vista系列模块工具给定外特性参数生成1D子午流道,然后传递到bladegen中进行子午流道和叶型参数调整,将3D模型传递到高度自动化的六面体网格生成工具TurboGrid种生成高质量的边界层网格和流道网格,最后通过CFX进行求解计算以及在CFDpost中进行后处理这样一个完整的turbo正向设计流程。   

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

在叶轮设计分析过程中普遍会遇到压升不够,效率不高,性能指标没有达到既定要求等等问题,那么必然需要在原始设计中进行调整然后再进行计算分析,传统的交互式优化,对工程师经验有很高要求,而且在遇到如低比转速等情况时,往往工作量大,消耗的时间多,不利于那些开发周期相对比较短又紧急的项目。


OptiSLang是ANSYS的一款用于进行多学科优化、随机分析、稳健与可靠性优化设计的专业分析软件,在参数敏感度分析、稳健性评估、可靠性分析、多学科优化、稳健与可靠性优化设计方面具有强大的分析能力,集成了二十多种先进的算法,为工程问题的多学科确定性优化、随机分析、多学科稳健与可靠性优化设计提供了坚实的理论基础。

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

同时,针对上述各种分析集成了强大的后处理模块,提供了稳健性评估与可靠性分析前沿研究领域中的各种先进评价方法与指标,以丰富的图例、表格展示各种分析结果。optiSLang可与多种CAE软件或者求解器集成,可基于其求解器进行各种工程仿真分析或者数据处理,因此使得optiSLang成为各工程领域中进行参数敏感性、多学科优化、稳健可靠性分析优化的专业工具。


其中COD、COI、COP、CC等指标精确而客观地衡量随机变量对响应的影响程度。为了克服多学科非线性优化中遇到的大量设计参数的困难,optiSLang提供了高效的敏感性分析、参数识别算法,可以基于预测系数(COP)和最优预测元模型(MOP)自动识别重要性参数并对预测质量进行量化,获取最优预测模型作为替代求解器,该预测质量是有效优化的关键因素,因此可以最大限度减少求解时间。


下面根据一款离心泵的优化实例来了解一下optislang这款软件的功能。


1、优化对象为一离心泵,外特性参数:扬程:70m,流量:80L/S。应用场合为热力循环系统或城市供水系统,因此需要高效率来达到节能减排的目的。我们将通过optislang来优化提升该性能点的效率。

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2、首先我们需要对叶轮进行参数化建模,利用BladeEditor中叶轮逆向功能得到叶轮的几何参数,以叶片的进出口角、叶轮厚度以及叶片数、轴面流道形状包括shroud型线、hub型线、叶轮进出口直径、叶片进出口宽度b1、b2等作为优化对象,共计19个优化参数。

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

在建立好参数模型之后,导入turbogrid划分高质量六面体网格来进行网格无关性检查,由于参数化优化需要计算大量DOE模型以保证结果的准确性,因此在计算之前,为保证计算精度足够的情况下尽量减少网格数量,因此我们先进行了网格无关性验证,选取合适的网格尺寸作为标准进行后续的参数化优化计算。

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

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从网格无关性计算结果中可以看出在考虑计算效率以及计算准确度的情况下, Medium Mesh这套网格符合要求,因此选取这套网格设置,通过workbench平台,进行单流道稳态计算,然后利用Optislang软件对模型进行优化,完整的工作流如下图所示。

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析


 3、Optislang优化分析过程:


  首先我们对19个参数的组合进行随机取样,从统计学的角度来说,样本点越多,分析的准确性越高,分别选取50、100、150个样本点进行参数敏感性分析。在Optislang软件中,主要基于COP预算系数来确定模型的可靠性,COP预测系数越接近100%表明映射关系就越好。


从计算结果来看,只有当样本的数量大于150个之后,COP才大于90%,表明其优化参数和目标函数映射较好。预期当前样本点的结果,我们选取了6个重要参数对计算结果有直接影响。分别是叶轮出口半径、叶轮出口宽度、shroud型线、叶片前缘位置以及进出口角。这些重要参数的选择也符合我们对于叶轮优化的理解。

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

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在获得了足够样本点的情况下,直接利用Optislang的NLPQL算法进行进一步的叶轮优化。在Optislang中,其NLPQL算法并不直接进行CFD的求解,而是采用遗传算法,直接从数值结果上进行进一步的差值优化。


为了检验NLPQL算法的可靠性,我们将NLPQL算法的结果与CFD的结果进行了对比,从下图的结果中可以看到,二者结果比较扬尘的误差率很小(最大1.8%),效率无误差。表明optislang的MOP模型是合理的。

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

在最优设计结果上运用ARSM响应面模型进化算法拓宽参数范围进行第二次优化,迭代80步得到最终优化结果。

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

         

原始叶型与NLPQL算法和ARSM进化算法下的叶型进行比较,ARSM的叶型较原始设计优化了进出口角度,叶片进口位置等,优化后的模型气动性能得到很大的提高,效率由原始设计的96.7%提升至98%

基于Optislang软件的旋转机械设计和优化分析

以上是optislang与ANSYS耦合对离心泵叶轮进行优化的流程。


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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为偏远地区配制一套过滤系统以提供洁净的饮用水,工程师都需要考虑液体、固体和气体之间的相互作用。在这些不尽相同的多相流应用中,每一种仿真都需要不同的建模方法。40多年来,ANSYS开发了可以精确模拟多相流的仿真工具,已经被广泛运用在各个工业领域,以预测产品性能。精确的多相流仿真依赖于精确的物理模型精确的多相流模拟依赖于各相之间的机械、热和化学相互作用的精确预测,但是观测这些物理过程成本高昂甚至会遇到难以观测的问题。现在,工程师可以依靠多相流建模与仿真技术,深入了解并掌握提高效率、产量、安全性、可靠性的要素。■ 多相流模拟可以展现随地点位置变化的流型状态。例如,油气井底的流型可能完全是单相液体,但随着高度升高,气泡逐渐生成,流型会过渡到多相状态。因此在此类物理过程中,在不同的地点位置需要设置不同的多相流模型。■ 多相流模拟比单相流模拟的难度更高。完整描述多相流需要求解每一相的质量、动量和能量方程以及各相之间的相互作用。由于物理现象的多样性和多种流型同时存在的可能性,各相之间的合理模拟变得至关重要。▲ 油气井底部可能完全充满液体,但在上升过程中,压力下降,由于溶解气体析出,流型将过渡到气泡流。油气井仿真需要多种多相流模型精确的模拟不同井深处的特殊流型。自由表面流自由表面流包括两种或更多种不混溶的流体,每种流体被假定为在大部分流域具有连续性特征。每种流体有明显可识别的流动...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工艺可以说是百花齐放。但由于环保处理的对象具有极其复杂的来源,因此各种工艺和设备的处理效率仍需不断提高。这里就针对有机质固废集中处理中心的敞开式处理车间(低浓度臭气)和封闭罐装设备(高浓度臭气)的环境通风系统做一个评估。■ 处理车间的臭气产生量与处理废弃物种类、处理量、停留时间有关,这种环境下空气的换气率指标是有相应标准限定的。■ 对于封闭罐装设备来说,高浓度臭气的产量与种类、储量、时间、压力、温度等参数相关。有了这些基础数据以后,一般通风系统的管道布置设计就可以开始了,同时可以进行风机选型。由于垃圾处理中心处理的种类随着季节、处理量而变化,通风系统需要随之重新改造或升级。因此,对现有通风系统的评估和改造是相关企业经常面临的事。本文使用集成CFD程序的一维管网系统设计软件——Flownex,对垃圾处理中心的通风管路系统的局部管线进行模拟,评估现有运行参数下每一个吸风口的风量,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。Flownex软件简介Flownex是一款优秀的一维管网系统热流体设计、优化软件。■ 它在电力、核能、化工、船舶、燃机、建筑、天然气管网、航站楼飞机供油管路系统等领域都有广泛的运用。■ 它含有丰富的过流元件(图1所示)(如管道、阀门、换热器)、流动控制元件、动力元件(风机、水泵、压缩机、锅炉、燃烧室、核电反应堆等)、从动元件(汽轮机...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如果模具的速度加载更快,那就意味着同样的时间范围内,可以生产出更多产品,经济效益就会更好。但是模具加载速度越快,对模具的承载要求也就越高。本文对一简单球型拉伸模进行不同速度的加载,来测试模具承受的等效应力。模具工况图-1 模具图■ 采用有限元对模具应力仿真,为了考虑到整个模具,此处对凸模和凹模分别进行分析。■ 另外,拉伸件是对称件,仅采用1/4模型进行模拟,对称边采用约束定义。■ 本次模拟采用Lagrangian incremental法,仅考虑Deformation,模拟步数为6,1步保存1次,进行模具静力分析。■ 在DEFROM中,冲压成形工艺。如果考虑模具受力问题,把模具设置为柔性件,不仅需要设置材料,而且需要进行网格划分。■ 但是此处不需要考虑板料变形,因前面已经分析了板料成形问题(即分别在冲压速度为10、50、100mm/s的情况下进行仿真分析),其计算结果的加载力如图-2所示。图-2 不同速度下凸、凹模加载力模具材料类型采用弹性模型,温度设置为20°C,材料采用Cr12,即AISI D3钢,密度为7.8e-9mm3/kg,杨氏模量为206754MPa,泊松比为0.3。材料曲线如图-3所示:材料曲线描述了不同加载速度下,考虑应变率效应,对不同应变率下参数的调整。此曲线仅供参考。图-3 Cr12材料曲线利用DEFORM前处理中...
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