تقييم كفاءة المضخة مع نمذجة التدفق 1D

انضم إلى منتدى المصممين

خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك

شارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال

الاستفادة من نتائج التدفق لفهم السلوك الهيدروليكي عبر معدلات تدفق متفاوتة

التحديات

إن تصميم التوربينات الهيدروليكية – مثل مضخات الطرد المركزي أو المعجبين أو التوربينات المائية – يتوازن بين مجموعة واسعة من متغيرات المدخلات. يجب على المصممين تحديد ظروف التشغيل مثل معدل التدفق ، وسرعة الدوران ، وهندسة المكره ، وعدد الدوب ، والطاقة المحددة (أو الرأس) ، وكلها مترابطة وتؤثر بشكل كبير على الأداء. يمكن أن تكون مساحة التصميم المعقدة هذه ساحقة ، خاصةً عندما يسعى المرء إلى تحسين الكفاءة الهيدروليكية أو استهلاك الطاقة أو عزم الدوران مع تجنب التجويف أو الأداء في ظروف خارج التصميم.

حتى مع وجود هدف راسخ ، مثل تحقيق رأس أو قوة معينة ، فإن تحديد ما إذا كانت المجموعة المحددة من معلمات التصميم هي الأمثل ليست واضحة دائمًا. غالبًا ما يعتمد المصممون على الخبرة أو الصيغ التجريبية ، والتي ، على الرغم من أنها مفيدة ، قد لا تلتقط الصورة الكاملة – خاصة للتطبيقات الجديدة أو المقيدة. يمكن أن يؤدي عدم اليقين هذا إلى تكوينات دون المستوى الأمثل الذي يضعف أو يتطلب إعادة تصميم واسعة النطاق.

الحلول الهندسية

يتطلب تصميم التوربينات الفعالة أدوات سريعة وموثوقة ، خاصة في المراحل المبكرة من التطوير. يعد Vista TF (من خلال التدفق) ، وهو جزء من جناح Workbench ANSYS ، حلوبًا مدهوبًا في تنسيق الخطوط المصممة لتقييم صفوف الشفرة الشعاعية-مثل تلك الموجودة في المضخات الطرد المركزي ، والضواغط الشعاعية ، والتوربينات-باستخدام مقاربة شبه.

على الرغم من أنه لا يقدم التفاصيل الكاملة لـ CFD ثلاثي الأبعاد ، إلا أن FEDFLOW تتيح دراسات حدودية سريعة من هندسة المكره ونقاط التشغيل. تتيح النمذجة المبسطة والمستنير جسديًا للمهندسين تقييم مجموعة واسعة من التكوينات بسرعة-مما يوفر ردود الفعل الفورية على مؤشرات الأداء الهامة مثل الرأس وعزم الدوران والكفاءة (كل من المرحلة و isentropic).

لمواجهة تحديات التنقل في مساحات التصميم المعقدة ، يوفر Fyflow طريقة فعالة لتقييم اتجاهات الأداء بناءً على حسابات تدفق 1D. من خلال تغيير معلمات مثل معدل تدفق الكتلة أو هندسة الشفرة ، يمكن للمصممين الحصول على نظرة ثاقبة حول كيفية تأثير هذه المدخلات على السلوك الهيدروليكي. هذا يجعل من خلال التدفق أداة ممتازة لفحص المرحلة المبكرة والصقل التكراري ، مما يساعد المهندسين على تركيز جهود CFD ثلاثية الأبعاد باهظة الثمن على المرشحين الواعدين فقط.

طُرق

تبدأ عملية الإعداد داخل بيئة ANSYS Workbench عن طريق سحب وحدة Vista CPD وإسقاطها ، والتي تُستخدم لتغيير حجم المضخات الطرد المركزي. في الخطوة الأولى ، يوفر المستخدم نقطة التصميم المطلوبة ، بما في ذلك المدخلات مثل معدل التدفق والرأس وسرعة الدوران وخصائص السوائل. بناءً على هذه الشروط ، يقوم Vista CPD بإنشاء هندسة المكره الأولية وتقدير معلمات الأداء الرئيسية.

ميزة فريدة من Vista CPD هي أنها تنتج منحنيات الكفاءة كدالة من سرعة محددة (ωs) و نسبة قطر محددة (س/ن). تعمم هذه المعلمات غير الأبعاد خصائص أداء المكره:

• Ωs (سرعة محددة): هذه معلمة بدون أبعاد تتعلق بمعدل التدفق (ف) ، السرعة الدورانية (ث) ورأس (ح). يتم استخدامه بشكل شائع في تصميم المضخة لتصنيف نوع المكره والتنبؤ بشيك وأداء مقاطع التدفق. في المعادلة ، G هو تسارع الجاذبية.
  
• س/ن (معامل التدفق): يمثل هذا نسبة معدل التدفق إلى السرعة الدورانية ، وفي هذا السياق يستخدم لبناء عائلات من منحنيات الأداء لأنظمة التدفق المختلفة. هنا n هي السرعة الدورانية في القس/S و D هي قطر المكره. في Vista CPD يظهر هذا كما Q/N.
  

لذلك ، يوفر Vista CPD خرائط الكفاءة النظرية على أساس معاملات بدون أبعاد مثل معامل التدفق وسرعة محددة. في حين أن هذه الخرائط مفيدة للتوجيه العام ، فإن هذه الخرائط تعتمد على الاتجاهات التجريبية ولا ترتبط بهندسة محددة. لتقييم تصميم المكره الحقيقي بشكل أكثر دقة ، يوفر Fyflow تحليلًا شبه 1D استنادًا إلى هندسة الشفرة الفعلية وظروف الإدخال. يسمح ذلك بتقييم أكثر موثوقية لمقاييس الأداء – مثل الرأس والكفاءة – على سبيل المثال ، مجموعة من معدلات التدفق.

نتائج

في الخطوة الأولى من العملية ، يتم تعريف مدخلات التصميم الأولية داخل Vista CPD ، كما هو موضح في الشكل أدناه. تتضمن هذه المدخلات ظروف التشغيل – وأبرزها معدل تدفق الكتلة – وكذلك الميزات الهندسية الرئيسية للمكردم. تتضمن المعلمات الرئيسية محور المحور والكفن ، وشكل وتحديد المواقع للحواف الرائدة والمتزايدة ، وعدد الشفرات ، والأبعاد الأخرى المهمة لتصميم خط الأساس من الدهون. يحدد هذا التكوين نقطة تصميم واحدة ، والتي يتم استخدامها بعد ذلك كهندسة البداية لتقييم الأداء اللاحق.

بعد ذلك ، يتم نقل التصميم إلى وحدة جديدة من خلال التدفق ، حيث يعمل Solver تلقائيًا ويكمل في غضون بضع دقائق. بمجرد انتهاء الحساب ، يمكن للمستخدم الوصول إلى خلية النتائج لتصور مخرجات الأداء الرئيسية. في هذه المرحلة ، تصبح مخططات الكنتور متاحة ، مما يوفر نظرة ثاقبة على سلوك التدفق من خلال قنوات المكره ، وكذلك المتغيرات مثل السرعة والضغط وتحميل الشفرة.

لاحظ أن محيط الضغط يشير إلى توزيع تدريجي إلا في المنطقة المميزة. علاوة على ذلك ، تظهر سرعة الزوال (CM) زيادة كبيرة بالقرب من الحافة الأمامية ، خاصةً بالقرب من المحور. هذا يشير إلى أن هندسة المدخل أو السرعة الدورانية قد تسبب التدفق في التعاقد وتسريعها قبل الأوان. يشير هذا النمط إلى توزيع غير موحد للتدفق الوارد.

على الرغم من أن هذا السلوك ليس مشكلة بالضرورة ، إلا أنه يسلط الضوء على منطقة حرجة من المكره حيث يمكن أن يؤدي خلل التدفق في النهاية إلى عدم الكفاءة أو فصل التدفق في محاكاة ثلاثية الأبعاد كاملة. يوفر تحديد هذا في وقت مبكر باستخدام التدفق من خلال نظرة قيمة لتحسين هندسة المدخل وتوجيه المزيد من تحليل حدودي. لذلك ، يمكننا أيضًا إجراء تحليل حدودي باستخدام معدل تدفق الكتلة كمعلمة الإدخال والكفاءات المختلفة كمعلمات منفذ.

• etap ss. مرحلة الكفاءة متعددة المراكز (ثابتة – ثابتة). يستخدم ضغوطًا ثابتة و enthalpies في مدخل ومنفذ لتقييم الكفاءة الديناميكية الحرارية للمرحلة.
• etap ts. مرحلة الكفاءة متعددة المراكز (المجموع – ثابت). يعتبر الضغط التام عند المدخل والضغط الثابت في المخرج ؛ مفيدة عندما تكون الطاقة الحركية مدخل كبيرة.
• ETAP TT. مرحلة الكفاءة متعددة المراكز (الكلي – toral). يقيم الكفاءة باستخدام إجمالي الضغوط في كل من المدخل والمنفذ ، مع التقاط تأثيرات الطاقة الحركية والمحتملة.
• etas ss. مرحلة الكفاءة isentropic (ثابتة – ثابتة). يقارن التغيير الفعلي للتغيير المثالي للتغيير المستوي باستخدام الظروف الثابتة.
• etas ts. مرحلة الكفاءة isentropic (المجموع – static). يستخدم إجمالي الظروف في المدخل والستاتي في المخرج ؛ مناسبة لتقدير الخسائر الحقيقية في الأنظمة العملية.
• etas tt. مرحلة الكفاءة isentropic (الكلية – toby). يقيس الأداء الكلي على افتراض عملية مثالية للتنسيق بين حالات المدخل والمنافذ الكلية.

شاهد تجول الفيديو الكامل لمعرفة كيفية إعداد النموذج والتحقق من النتائج لتسريع تصميم المضخة في المرحلة المبكرة والكشف عن اتجاهات الأداء الرئيسية.

فوائد حل ANSYS

توضح نمذجة CFD قدرتها على تحسين وتقييم الهياكل الهيدروليكية من خلال الحلول المتقدمة لـ ANSYS. للمعالجة المسبقة ، تسهل ANSYS SpaceClaim و Discovery CAD إنشاء وإعداد CAD ، في حين أن Ansys Fluent و CFX تعالج تحديات المحاكاة المختلفة. أدوات ما بعد المعالجة العالية ، مثل ANSYS Ensight ، تقوم بتحليل وتصور مجموعات بيانات كبيرة بشكل فعال.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن دمج نتائج CFD مع التحليلات الهيكلية في سيناريوهات تفاعل بنية السوائل (FSI) ، بدعم من ANSYS Mechanical و LS-Dyna. يتم تسهيل تقنيات مثل تصميم التجارب (DOE) والتحسين المتقدم بواسطة DesignExplorer و ANSYS Optislang داخل منصة Workbench. يوفر ANSYS أيضًا تراخيص HPC وقدرات GPU للمعالجة الموازية للنماذج المعقدة ، مما يضمن تقييمات شاملة.

انضم إلى منتدى المصممين

خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك

شارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال