CN110069853B - 一种基于cae集成平台的离心式多级压缩热力系统 - Google Patents
一种基于cae集成平台的离心式多级压缩热力系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110069853B CN110069853B CN201910320989.7A CN201910320989A CN110069853B CN 110069853 B CN110069853 B CN 110069853B CN 201910320989 A CN201910320989 A CN 201910320989A CN 110069853 B CN110069853 B CN 110069853B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mode
- stage
- calculation
- design
- cae
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，包括设计模块、分析模块、多点分析模块以及和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能，设计模块包含基于省功比模式的一站式分段分级分缸模式和基于温度限制的分段模式，基于温度限制的分段模式包括如下四种模式：自主进行级数、压力分配模式，段/级已知的性能计算模式，齿轮式模式，在模型级基础上的设计计算模式。与现有技术相比，离心式多级压缩系统集成度非常高，拥有非常全面的多种设计模式和分析模式，能涵盖市场上大部分用户的各种需求；设计向导的指示能够大幅度减少操作人员输入已知条件的时间；分块的菜单模式方便用户进行局部修改；多工况点分析减少用户的运算时间。
Description
技术领域
本发明涉及离心式多级压缩热力系统设计和分析技术领域，具体来说是一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统。
背景技术
改革开放40年以后，随着中国能源行业在改革开放的沃土中蓬勃发展，越来越多的工程需要更高的流体压力和流体温度作为高质量能源，尤其是在石油、化工等生产过程中。单级离心式压缩机很难满足高压比和高温比的需求，多级离心式压缩机处理各种气体以满足高压比的需求应用越来越广泛，因此提高离心式多级压缩的设计和分析过程的效率、减少设计时间有着重大的意义。
离心式多级压缩热力系统在循环设计和分析方面，很多企业或者研究单位存在一个普遍现象：使用excel或matlab等软件结合UDF功能进行简单计算；虽然在一维设计方面有ConceptsNREC和CFturbo等软件，但是需要输入很多初步设计不知道的一维参数，结算的结果也是部件级别的孤立的信息。
基于上述的现状，国内外的多级压缩系统存在以下缺陷：
（1）给定初始工况条件，多级压缩需要大量的迭代计算，当使用excel或matlab等软件时，使用UDF自己编程很难满足复杂的迭代过程，这样就会造成计算结果不够精确；
（2）使用excel或matlab等软件时，不可能实现多工况计算，使用人员必须用大量的时间来更改不同工况条件进行调整计算，从而造成计算耗时长；
（3）当使用ConceptsNREC或CFturbo等软件时，因为需要输入很多初步不好确定的参数，需要有经验的工程师或者大量的尝试，造成时间的浪费，另一方面其计算结果只有孤立的部件性能，没有整体循环层面的不同结果对比，不能衡量整体布局的优劣程度，循环层面的优化就更不可能实现了。
每个工程师和每个企业都积累了很多设计经验，以上述的多级压缩系统的现状，是不可能把宝贵的经验应用到新设计中的，从而就造成了经验的浪费。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的计算不精确、耗时长、缺乏整体布局的计算和优化、好的经验不能应用到新设计等缺陷，提供一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，包括设计模块、分析模块、多点分析模块以及和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能，其特征在于：所述的设计模块包含基于省功比模式的一站式分段分级分缸模式和基于温度限制的分段模式，所述的基于温度限制的分段模式包括如下四种模式：自主进行级数、压力分配模式，段/级已知的性能计算模式，齿轮式模式，在模型级基础上的设计计算模式；
所述的分析模块包含给定出口条件，迭代RPM计算模式、给定RPM计算出口条件两种模式；
所述的多点分析模块中用户可以指定多个RPM线和流量线，系统会自动获取两条线上的所有点进行逐个计算，从而达到多工况点的分析计算；
所述的和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能是指在循环层面分配好段数、级数、压比等重要参数后，每级的工况条件会自动传递到CAE平台的一维透平模块进行计算，其计算结果包含详细的几何参数、速度三角、热力学参数等。
作为优选，所述的设计模块中有设计向导，用户根据设计向导的一步步引导设置好参数后无需其他操作即可设计计算。
作为优选，所述的省功比模式的一站式分段分级分缸模式中用户既可以选择系统提供的段数和缸数分配，又可以自己指定段数和缸数的分配。
作为优选，所述的自主进行级数分配的算法是在每级能头限制、周速限制、RPM限制、Phi值（流量系数）限制条件下进行多重迭代计算，直到计算结果满足这些限制条件；所述的段/级已知的性能计算模式包括进行级数的调整、级数和RPM的调整、级数和每级压比的调整，所述的齿轮式多级压缩机两段的流量系数差值既可以使用默认值，又可以让用户输入进行指定计算；在模型级基础上的设计计算模式中，系统会从用户指定的所有模型级中选择直径及流量系数和当前设计最匹配的模型级进行更精确的计算。
作为优选，所述的分析模块中迭代RPM计算模式和给定RPM计算出口条件模式都有三种模式供不同类型用户使用，分别是：段/级User map模式、指定效率模式、1D model模式。
作为优选，所述的每级的工况条件会自动传递到CAE平台的一维透平模块进行计算中工况包含进口压力和温度、流量，出口压力和RPM。
作为优选，所述的详细的几何参数包含叶轮、扩压器、回流器、蜗壳等所有部件的几何参数。
作为优选，所述的热力学参数包含动/静压力、温度、焓值、密度、熵值、声速和效率等。
本发明的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，包括设计模块、分析模块、多点分析模块以及和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能，与现有技术相比，具有以下优点：
（1）离心式多级压缩系统集成度非常高，拥有非常全面的多种设计模式和分析模式，能涵盖市场上大部分用户的各种需求。
（2）级数迭代算法在多重迭代下能够提高计算结果的精确度。
（3）设计向导的指示能够大幅度减少操作人员输入已知条件的时间；分块的菜单模式方便用户进行局部修改；多工况点分析减少用户的运算时间。
（4）多级压缩系统和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能在整体布局分配好的同时把每级压缩机一维详细的几何参数、速度三角和热力学参数精确计算出来，为下一步的几何构型、CFD计算和FEA计算做准备。
（5）系统中的模型级模式能够在设计新产品时把一个企业非常宝贵的设计经验利用起来，新产品因为有模型级的实验数据作支撑，其设计结果有很高的可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统的结构框图；
图2为本发明的多级压缩系统分级算法流程图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
参照附图1所示，一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，包括设计模块、分析模块、多点分析模块以及和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能，所述的设计模块包含基于省功比模式的一站式分段分级分缸模式和基于温度限制的分段模式，所述的基于温度限制的分段模式包括如下四种模式：自主进行级数、压力分配模式，段/级已知的性能计算模式，齿轮式模式，在模型级基础上的设计计算模式；
所述的分析模块包含给定出口条件，迭代RPM计算模式、给定RPM计算出口条件两种模式；
所述的多点分析模块中用户可以指定多个RPM线和流量线，系统会自动获取两条线上的所有点进行逐个计算，从而达到多工况点的分析计算；
所述的和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能是指在循环层面分配好段数、级数、压比等重要参数后，每级的工况条件会自动传递到CAE平台的一维透平模块进行计算，其计算结果包含详细的几何参数、速度三角、热力学参数等。
参照附图2所示，系统在分配级数的时候受四个变量控制：每级能头限制、U2限制、RPM限制、Phi值（流量系数）限制。具体的流程是：系统先根据级能头限制和段能头确定好级数，级数取整后再算出级能头；根据初始Phi值（流量系数）计算出Psi值（能头系数），从而计算出U2（轮周速度）,如果计算出的U2大于U2限制就增加级数，如果不是，就继续保持现在级数；根据新确定的级数计算级能头和U2,再计算出D2和RPM，如果计算出的RPM值大于RPM限制就增加级数，如果不是，就继续保持现在级数；直到这几个限制条件都满足了，迭代计算结束。
分析模式可以从CAE平台数据库模块中加载进来相应的段或级的map图，计算时就能从map图中通过相似原理和插值法获取相应的数据进行分析，其中的map图格式由级/段的四个参数组成：RPM、压比、流量和效率，当用户有某级/段的实验数据时，这个模式非常方便可靠。
多点分析模式的工况由两条线组成：RPM线和流量线，在设置中用户可以自由控制两条线的数量，可以选择使用真实的RPM值或流量值，也可以选择使用设计工况条件下RPM或流量的百分比；算法会从对两条线上的每个数值进行排列组合并逐个计算。
用户可以把所有经过试验测试过的模型级导入到CAE平台数据库中，在多级压缩模块把所有相应的模型级选中应用到新产品设计；选择模型级的算法，用户既可以使用基于流量系数，也可以使用基于流量系数和轮盘直径两种模式；轮盘直径的计算算法，用户既可以使用模型级的直径，也可以选择新设计中计算的直径两种方法；设计计算时算法会根据用户选择的选项从所有模型级中选择最匹配的模型级作为本级模型进行下一步精确计算。
用户在循环层面对整体分段分级分缸后，可以直接把每级的进口压力和温度、流量、RPM、出口压力直接导入到连接的CAE平台一维透平模块进行计算，计算出详细的每级参数，包括叶轮、扩压器、回流器和蜗壳的几何参数，叶轮和扩压器的速度三角，每级的进出口压力、温度、焓值、密度、熵值、音速和效率等，为透平部件的几何造型或下一步CFD和FEA优化做准备。
综上所述，本发明的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，与现有技术相比，具有以下优点：
（1）离心式多级压缩系统集成度非常高，拥有非常全面的多种设计模式和分析模式，能涵盖市场上大部分用户的各种需求。
（2）级数迭代算法在多重迭代下能够提高计算结果的精确度。
（3）设计向导的指示能够大幅度减少操作人员输入已知条件的时间；分块的菜单模式方便用户进行局部修改；多工况点分析减少用户的运算时间。
（4）多级压缩系统和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能在整体布局分配好的同时把每级压缩机一维详细的几何参数、速度三角和热力学参数精确计算出来，为下一步的几何构型、CFD计算和FEA计算做准备。
（5）系统中的模型级模式能够在设计新产品时把一个企业非常宝贵的设计经验利用起来，新产品因为有模型级的实验数据作支撑，其设计结果有很高的可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，包括设计模块、分析模块、多点分析模块以及和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能，其特征在于：所述的设计模块包含基于省功比模式的一站式分段分级分缸模式和基于温度限制的分段模式，所述的基于温度限制的分段模式包括如下四种模式：自主进行级数、压力分配模式，段/级已知的性能计算模式，齿轮式模式，在模型级基础上的设计计算模式；
所述的分析模块包含给定出口条件，迭代RPM计算模式、给定RPM计算出口条件两种模式；
所述的多点分析模块中用户指定多个RPM线和流量线，系统会自动获取两条线上的所有点进行逐个计算，从而达到多工况点的分析计算；
所述的和CAE平台的一维模块无缝传递参数的功能是指在循环层面分配好段数、级数、压比重要参数后，每级的工况条件会自动传递到CAE平台的一维透平模块进行计算，其计算结果包含部件的几何参数、速度三角、热力学参数，所述的每级的工况条件会自动传递到CAE平台的一维透平模块进行计算中工况包含进口压力和温度、流量，出口压力和RPM。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，其特征在于：所述的设计模块中有设计向导，用户根据设计向导的一步步引导设置好参数后无需其他操作即可设计计算。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，其特征在于：所述的省功比模式的一站式分段分级分缸模式中用户既可以选择系统提供的段数和缸数分配，又可以自己指定段数和缸数的分配。
4.根据权利要求1所述的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，其特征在于：所述的自主进行级数分配的算法是在每级能头限制、周速限制、RPM限制、Phi值限制条件下进行多重迭代计算，直到计算结果满足这些限制条件；所述的段/级已知的性能计算模式包括进行级数的调整、级数和RPM的调整、级数和每级压比的调整，所述的齿轮式多级压缩机两段的流量系数差值既可以使用默认值，又可以让用户输入进行指定计算；在模型级基础上的设计计算模式中，系统会从用户指定的所有模型级中选择直径及流量系数和当前设计最匹配的模型级进行更精确的计算。
5.根据权利要求1所述的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，其特征在于：所述的分析模块中迭代RPM计算模式和给定RPM计算出口条件模式都有三种模式供不同类型用户使用，分别是：段/级User map模式、指定效率模式、1D model模式。
6.根据权利要求1所述的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，其特征在于：所述的部件的几何参数包含叶轮、扩压器、回流器、蜗壳的几何参数。
7.根据权利要求1所述的一种基于CAE集成平台的离心式多级压缩热力系统，其特征在于：所述的热力学参数包含动/静压力、温度、焓值、密度、熵值、声速和效率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910320989.7A CN110069853B (zh) | 2019-04-21 | 2019-04-21 | 一种基于cae集成平台的离心式多级压缩热力系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910320989.7A CN110069853B (zh) | 2019-04-21 | 2019-04-21 | 一种基于cae集成平台的离心式多级压缩热力系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110069853A CN110069853A (zh) | 2019-07-30 |
| CN110069853B true CN110069853B (zh) | 2022-11-15 |
Family
ID=67368223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910320989.7A Active CN110069853B (zh) | 2019-04-21 | 2019-04-21 | 一种基于cae集成平台的离心式多级压缩热力系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110069853B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103939214A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-07-23 | 绿能高科集团有限公司 | 一种原动机的半闭式定压内燃热力循环方法及系统 |
| CN108334709A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-07-27 | 合肥市太泽透平技术有限公司 | 基于知识库数据统一管理的透平机械cea集成平台 |
| KR20180088229A (ko) * | 2017-01-26 | 2018-08-03 | 동아대학교 산학협력단 | 자동차 부품의 최적설계를 위한 cad 및 cae의 통합 방법 |
| CN108399293A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-14 | 合肥市太泽透平技术有限公司 | 一种与一维算法无缝对接的循环系统设计分析多功能平台 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160125108A1 (en) * | 2014-11-03 | 2016-05-05 | Tata Technologies Pte Limited | Method and system for knowledge based interfacing between computer aided analysis and geometric model |
-
2019
- 2019-04-21 CN CN201910320989.7A patent/CN110069853B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103939214A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-07-23 | 绿能高科集团有限公司 | 一种原动机的半闭式定压内燃热力循环方法及系统 |
| KR20180088229A (ko) * | 2017-01-26 | 2018-08-03 | 동아대학교 산학협력단 | 자동차 부품의 최적설계를 위한 cad 및 cae의 통합 방법 |
| CN108334709A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-07-27 | 合肥市太泽透平技术有限公司 | 基于知识库数据统一管理的透平机械cea集成平台 |
| CN108399293A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-14 | 合肥市太泽透平技术有限公司 | 一种与一维算法无缝对接的循环系统设计分析多功能平台 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110069853A (zh) | 2019-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107679319B (zh) | 一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法 | |
| CN108153998A (zh) | 离心鼓风机叶轮的全三维气动优化设计方法 | |
| CN112084589B (zh) | 基于轴面流速控制的轴贯流式水轮机转轮叶片优化方法 | |
| CN107045570B (zh) | 一种离心泵机组精确选型方法 | |
| CN112417773B (zh) | 多级轴流膨胀机的多学科优化设计方法、装置及设备 | |
| CN111159941B (zh) | 一种用于汽车液力变矩器内流场瞬态数值模拟的方法 | |
| CN115906718B (zh) | 一种旋转机械cfd系统 | |
| Wu et al. | Multi-objective optimization on diffuser of multistage centrifugal pump base on ANN-GA | |
| CN108399293A (zh) | 一种与一维算法无缝对接的循环系统设计分析多功能平台 | |
| Bashiri et al. | Design optimization of a centrifugal pump using particle swarm optimization algorithm | |
| Sivashanmugam et al. | Aero-structural optimization of an axial turbine stage in three-dimensional flow | |
| Ji et al. | A flow information-based prediction model applied to the nonaxisymmetric hub optimization of a centrifugal impeller | |
| Ji et al. | Computer 3D vision-aided full-3D optimization of a centrifugal impeller | |
| CN110069853B (zh) | 一种基于cae集成平台的离心式多级压缩热力系统 | |
| Safari et al. | A novel combination of adaptive tools for turbomachinery airfoil shape optimization using a real-coded genetic algorithm | |
| Luers et al. | Adjoint-based volumetric shape optimization of turbine blades | |
| CN116595874A (zh) | 叶轮机械性能预测模型参数优化方法及装置、存储介质 | |
| CN115434925A (zh) | 一种无轴式管道泵分段可调式导叶智能调控方法 | |
| CN113536640B (zh) | 一种基于正交试验的布风器内部流道结构的优化设计方法 | |
| Popov et al. | Optimization algorithm for axial multistage compressor workflow | |
| Glassman | Design geometry and design/off-design performance computer codes for compressors and turbines | |
| Verstraete et al. | Multidisciplinary design and off-design optimization of a radial compressor for industrial applications | |
| Li et al. | The optimization of a centrifugal impeller based on a new multi-objective evolutionary strategy | |
| CN111161401A (zh) | 压缩机的设计方法、装置及设备 | |
| Popov et al. | Axial compressor optimization method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |