Оценка эффективности насоса с помощью 1D моделирования потока через поток

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Использование результатов через поток для понимания гидравлического поведения в различных скоростях потока

Проблемы

Проектирование гидравлической турбомашины — например, центробежные насосы, вентиляторы или водные турбины — включают в себя балансировку широкого спектра входных переменных. Дизайнеры должны определять условия работы, такие как скорость потока, скорость вращения, геометрия рабочего колеса, количество лопастей и конкретную энергию (или голову), все из которых взаимосвязаны и значительно влияют на производительность. Это сложное пространство для дизайна может быть ошеломляющим, особенно когда вы стремится оптимизировать гидравлическую эффективность, энергопотребление или крутящий момент, избегая при этом кавитации или падений производительности в условиях незаконного режима.

Даже с устоявшейся целью, такой как достижение определенной головы или мощности, определение того, оптимальна ли выбранная комбинация параметров проектирования, не всегда просто. Дизайнеры часто полагаются на опыт или эмпирические формулы, которые, хотя и полезны, могут не запечатлеть полную картину, особенно для новых или ограниченных приложений. Эта неопределенность может привести к неоптимальным конфигурациям, которые не соответствуют или требуют обширного редизайна.

Инженерные решения

Разработка эффективной турбомашины требует инструментов, которые являются быстрыми и надежными, особенно на ранних стадиях разработки. Vista TF (через поток), часть Suite Ansys Workbench, представляет собой решатель-стригулированной оказания, предназначенный для оценки рядов радиальных лезвий, таких как те, которые обнаружены в центробежных насосах, радиальных компрессорах и турбинах, использующих квази-1D-подход.

Несмотря на то, что он не предлагает полную деталь 3D CFD, через поток обеспечивает быстрые параметрические исследования геометрии рабочего колеса и рабочих точек. Его упрощенное, но физически информированное моделирование позволяет инженерам быстро оценить широкий спектр конфигураций-предоставляя немедленную обратную связь по критическим показателям производительности, таким как голова, крутящий момент и эффективность (как этап, так и изотентроп).

Чтобы решить проблемы навигации сложных проектных пространств, через FOOLEFLOW предлагает эффективный способ оценки тенденций производительности на основе расчетов 1D потока. Из -за различных параметров, таких как массовый расход или геометрия лезвия, дизайнеры могут получить представление о том, как эти входы влияют на гидравлическое поведение. Это делает через Follow отличным инструментом для скрининга на ранней стадии и итеративной уточнении, помогая инженерам сосредоточить дорогие 3D-усилия CFD только на самых перспективных кандидатах.

Методы

Процесс настройки начинается в среде Workbench ANSYS путем перетаскивания и отбрасывания модуля CPD Vista, который используется для основного центробежного размера насоса. На первом этапе пользователь предоставляет необходимую точку проектирования, включая входы, такие как скорость потока, головка, скорость вращения и свойства жидкости. Основываясь на этих условиях, Vista CPD генерирует предварительную геометрию рабочего колеса и оценивает ключевые параметры производительности.

Уникальная особенность Vista CPD — это то, что он производит Кривые эффективности как функция конкретная скорость (Ωs) и Удельное соотношение диаметра (Q/N). Эти неразмерные параметры обобщают характеристики производительности рабочего колеса:

• Ωs (конкретная скорость): Это безразмерный параметр, связанный с скоростью потока (Q), скоростью вращения (W.) и голова (ЧАС) Он обычно используется в конструкции насоса для классификации типа рабочего колеса и прогнозирования формы и производительности проточных отрывков. В уравнении G является гравитационным ускорением.
  
• Q/N (коэффициент потока): Это представляет собой отношение скорости потока к скорости вращения, и в этом контексте используется для создания семейств кривых производительности для различных режимов потока. Здесь n — скорость вращения в Rev/S, а D — диаметр рабочего колеса. В Vista CPD это показано как Q/N.
  

Следовательно, Vista CPD предлагает теоретические карты эффективности, основанные на безразмерных коэффициентах, таких как коэффициент потока и удельная скорость. Хотя эти карты полезны для общего руководства, полагаются на эмпирические тенденции и не связаны с определенной геометрией. Чтобы более точно оценить реальную конструкцию рабочего колеса, через FOOLEFLOW обеспечивает квази-1D-анализ, основанный на фактической геометрии лезвия и условиях ввода. Это обеспечивает более надежную оценку показателей эффективности, таких как голова и эффективность, а также ряд скоростей потока.

Результаты

На первом этапе процесса начальные входы конструкции определяются в CPD Vista, как показано на рисунке ниже. Эти входные данные включают в себя условия работы — в частности, массовый расход, а также основные геометрические особенности рабочего колеса. Ключевые параметры включают контуры контуров и кожуха, форму и позиционирование ведущих и следственных краев, количество лезвий и других размеров, критических для базовой конструкции рабочего колеса. Эта конфигурация определяет одну точку проектирования, которая затем используется в качестве начальной геометрии для последующей оценки производительности.

Затем дизайн передается в новый модуль сквозного потока, где решатель работает автоматически и заполняется в течение нескольких минут. Как только расчет завершится, пользователь может получить доступ к ячейке результатов, чтобы визуализировать выходы производительности ключей. На этом этапе контурные графики становятся доступными, что дает представление о поведении потока через каналы рабочего колеса, а также такие переменные, как скорость, давление и нагрузка на лезвие.

Обратите внимание, что контур давления предполагает постепенное распределение, за исключением выделенной области. Более того, меридиональная скорость (CM) показывает значительное увеличение вблизи переднего края, особенно близко к концентратору. Это говорит о том, что геометрия входа или скорость вращения может привести к тому, что поток сжимается и преждевременно ускоряться. Такой шаблон указывает на неоднородное распределение входящего потока.

Хотя это поведение не обязательно проблематично, оно подчеркивает критическую область рабочего колеса, где дисбаланс потока может в конечном итоге привести к неэффективности или разделению потока при полном трехмерном моделировании. Определение этого раннего использования через поток дает ценную информацию о уточнении геометрии входа и направлении дальнейшего параметрического анализа. Следовательно, мы также можем выполнить параметрический анализ, используя скорость массового расхода в качестве входного параметра и различные эффективности в качестве параметров выхода.

• etAp ssПолем Стадия политропической эффективности (статическая -статичная). Использует статическое давление и энтальпии на входе и выходе, чтобы оценить термодинамическую эффективность стадии.
• etap tsПолем Стадия политропической эффективности (общая статика). Рассматривает общее давление на входе и статическое давление на выходе; Полезно, когда кинетическая энергия входа значительна.
• etap ttПолем Стадия политропической эффективности (общая -тотальная). Оценивает эффективность, используя общее давление как на входе, так и на выходе, захватывая кинетические и потенциальные энергии.
• Etas ssПолем Стадия Исцентропная эффективность (статическая -статическая). Сравняет фактическое изменение энтальпии с идеальным изоентропным изменением с использованием статических условий.
• Etas tsПолем Стадия Исцентропная эффективность (общая статика). Использует общие условия на входе и статично в розетке; Подходит для оценки реальных потерь в практических системах.
• Etas ttПолем Стадия Исцентропная эффективность (общая — тотальная). Измеряет общую производительность, предполагая идеальный изоентропный процесс между общим входом и выходом.

Посмотрите полное прохождение видео, чтобы увидеть, как настроить модель и проверить результаты, чтобы ускорить дизайн насоса на ранней стадии и выявить ключевые тенденции производительности.

Преимущества решения ANSYS

Моделирование CFD демонстрирует свой потенциал для оптимизации и оценки гидравлических структур с помощью расширенных решений ANSYS. Для предварительной обработки ANSYS Spaceclaim и Discovery моделирование облегчает создание и подготовку CAD, в то время как ANSYS Fluent и CFX решают различные проблемы с моделированием. Инструменты постобработки с высокой точки зрения, такие как ANSYS Advight, эффективно анализируют и визуализируют большие наборы данных.

Кроме того, результаты CFD могут быть интегрированы со сценариями структурного анализа в сценариях взаимодействия жидкости-структуре (FSI), поддерживаемых ANSYS Mechanical и LS-дина. Такие методы, как проектирование экспериментов (DOE) и передовая оптимизация, облегчается DesignXplorer и Ansys Optislang в рамках платформы Workbench. ANSYS также предоставляет лицензии HPC и возможности графического процессора для параллельной обработки сложных моделей, обеспечивая тщательные оценки.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.