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轴流风机优化工作流程:涡轮机械设计优化案例研究

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技术
  • 传感器 - 流量计
  • 传感器 - 液体检测传感器
适用行业
  • 电网
  • 半导体
适用功能
  • 产品研发
用例
  • 数字孪生
  • 虚拟现实
服务
  • 硬件设计与工程服务
关于客户
本案例研究中没有明确提及客户。然而,可以推断该客户是轴流风机的制造商或设计者,寻求提高其产品的效率和风量能力。该客户可能从事涡轮机械行业,其中风扇、涡轮机和其他旋转机械的设计和优化至关重要。他们需要一个不仅能增强产品性能,还能与现有工作流程无缝集成的解决方案。客户重视效率、生产力以及最大限度地利用其可用硬件资源的能力。
挑战
该案例研究围绕使用 TCFD® 和 CAESES® 软件优化轴流风扇的设计。主要挑战是开发一种新型高效风扇或改进现有风扇的参数。现有轴流风机具体参数为直径280毫米,转速3000转,最大功率100瓦,最大压力410帕,最大风量1100立方米/小时,峰值效率69%。该研究旨在最大限度地提高风机在 576 m3/h 至 1296 m3/h 流量范围内的效率,并增加空气流量。该挑战还涉及通过连接 TCFD® 和 CAESES® 这两个软件包来创建智能高效的涡轮机械设计优化工作流程。
解决方案
该解决方案涉及使用 CAESES® 创建风扇几何形状,它提供了一个 CAD 环境,可实现稳健且简单的几何变化、高效参数化和模拟就绪导出。在 TCFD® 中创建导出几何体的 CFD 模拟设置模板,并将其返回到 CAESES® 软件连接器中。 CAESES® 中预设了优化流程,并且使用 TCFD® 自动处理和模拟每个几何变化。创建轴流风扇流动域是为了满足 CFD 要求,并且几何形状分为转子域和定子域。优化过程涉及一组复杂的任务,包括全局敏感性分析 (Sobol) 和从全局分析获得的最佳设计附近的局部分析 (TSearch)。目标函数定义为从 TCFD® 导入的所有六个模拟点的效率总和。
运营影响
  • The operational results of this case study demonstrate the power of combining TCFD® and CAESES® for turbomachinery design optimization. The process was fully automated, allowing for a smooth and efficient workflow. The optimization process improved the fan's efficiency and air flow capacity significantly, demonstrating the potential of these software packages for similar applications. The case study also highlighted the ability to use available hardware resources to their full potential, without any restrictions. This flexibility makes the solution suitable for engineers across diverse industries, not just those with high levels of expertise in turbomachinery design. The optimized design also had a wider working range, indicating its versatility for various operating conditions.
数量效益
  • Efficiency of the fan improved by about 25% for each simulated point.
  • Optimized design has a maximum air capacity over 1500m3/h, an increase from the original 1100 m3/h.
  • Peak efficiency increased to 72%, up from the original 69%.

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