涡轮机械 — CAE术语解释
涡轮机械
涡轮机械是指涡轮增压器吗?
涡轮增压器也是其中之一,但这是一个更广泛的概念。通过旋转的叶片(叶轮或转子)给流体传递能量或从流体中提取能量的机械总称。泵、压缩机、燃气轮机、蒸汽轮机、风扇等,产业机械的相当大一部分被归类为涡轮机械。
定义
泵和轮机有什么区别?
能量的方向相反。泵或压缩机通过外部动力转动叶片,向流体"传递"能量。轮机相反,流体的能量转动叶片,"提取"动力。航空发动机的喷气轮机是,前级压缩机压缩空气并燃烧,后级轮机回收能量的结构。
流体解析的角色
用CFD分析涡轮机械时的难点是什么?
CFD最麻烦的是"旋转部分和静止部分边界的处理"。简单的办法是用MRF(旋转坐标系)进行定常近似,但要精确评估动叶与静叶的干涉,需要用滑动网格进行非定常计算。
$$ \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + (\mathbf{u} \cdot \nabla)\mathbf{u} = -\frac{1}{\rho}\nabla p + \nu \nabla^2 \mathbf{u} $$
CFD在实务中发挥效果的例子有吗?
有一个产业用离心泵的案例,叶轮出口和蜗壳之间发生了空泡现象(气泡产生),导致效率下降。通过CFD可视化叶面压力分布,仅改变叶片出口角2度就消除了空泡,效率提高了3%。在加工实物之前用CFD验证是很大的收获。
相关术语
请告诉我相关的术语。
MRF和滑动网格的应用选择很重要呢。仅改变叶片角度2度就能改善效率,这个例子很有现实感。
涡轮机械的叶片形状直接影响性能,所以CFD与优化相结合的设计方法越来越普遍。首先可以从单级风扇的分析开始尝试。
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