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TURBOdesign Suite 5.0叶轮逆向设计软件


旋转机械设计的利器——TURBOdesign
11.06.17

旋转机械

水轮机

汽轮机

涡轮

旋转机械,也称叶轮机 械、透平机械

风机 压气机

水泵

螺旋桨

什么是TU

RBODesign? 专业旋转机械三维反设计软件
– TURBODesign是由Advanced Design Technology (ADT) 公司开发的基于 三维反问题设计方法,适用于所有旋转机械叶片设计的专业软件;

ADT公司
– ADT公司成立于1999年,由日本伦敦大学学院(UCL)与日本荏原公司合 资举办; – ADT公司总部位于英国伦敦,同时在以及全球各地设有办事处;

产品历程
1998年11月:ADT公司成立 1999年11月:TURBOdesign-1 1.0版本商业发行 2000年1月:TURBOdesign-1 1.1版本发布 2001年1月:TURBOdesign-1 1.2版本发布 2003年1月:TURBOdesign-2 beta版本发布 2003年9月:与CD adapco公司达成合作协议 2003年12月:TURBOdesign-1 2.0版本主要新功能发布 2005年10月:TURBOdesign-2商业发行 2008年5月:TURBOdesign 套装3.0发布 2009年4月:TURBOdesign套装3.1 发布 2011年6月:TURBOdesign套装 5.0 发布

Inverse Design Process 什么是反问题设计?

传统设计方法 传统方法

CAD

CFD

若干次的重复计算,需要 大量设计经验

设计结果

反问题设计方法

给定子午面几 何、流量、RPM

设定叶片
载荷

设计结果

对比 传统设计方法
– CFD计算结果和如何修改叶片几何无必然联系,因此非常依赖于工程师的设计经验; – 需要反复地修改叶片几何以得到最终设计结果,其中大部分修改是错误的或者多余 的,造成时间和人力的浪费; – 难以产生创新式设计; – 难以建立设计知识数据库;

反设计方法
– 直接由给定叶片载荷计算出满足最优化的流量分布的叶片几何,大幅提高设计速度, 节省大量人力和时间; – 不再需要工程师有丰富的设计经验,新手也可进行设计; – 可以超越工程师设计经验,产生创新式设计方案; – 可以方便地建立设计知识数据库;

反问题设计全过程
叶片载荷 叶轮设计-1 Turbodesign-1
少于1分钟 几何+三维无粘流

Blade Loading

Geometry + 3D inviscid flow

流体相关参数反馈到输 入设计,为设计参数提 供数据基础

优化设计参数的系统参数化查找 Systematic Parametric search of Optimum design parameters

CFD 评价分析 CFD Evaluation

TURBOdesign软件

TURBOdesign软件模块

核心模块:TURBOdesign-1
–三维无粘流反问题设计软件 –优化叶片形状,以完成实现一个指定加载

–可以应用于所有类型的旋转机械的叶片设计

核心模块:TURBOdesign-2
–三维粘性流反设计软件 –优化叶片形状,以实现一个指定加载 –特别适用于高增压比的跨音速轴流风机和压缩机的设计 –可以很好地模拟粘性的影响并捕捉激波

TURBOdesign软件模块
其它模块:TURBOdesignCAD
– 可导入IGES格式曲面数据,根据指定叶片几何计算相应的叶片载荷分布, 或对TURBOdesign1的设计结果直接进行小的修改

其它模块:TURBOdesignCFD
– 专业求解不可压缩流旋转机械的CFD求解器

其它模块:TURBOdesign Optima
– 通过耦合反设计、CFD计算以及不同的优化模式,实现多点/多目标优化

其它模块:TURBOdesign Pre
– 用于确定各种不同旋转机械部件尺寸的一维模块,可给出子午面形状

其它模块:TURBOdesign Volute
– 基于二维反问题设计方法的涡壳设计模块

TURBOdesign设计流程

TURBOdesign-1开始界面

TURBOdesign-1主界面

设 计 流 程

TURBOdesign-1使用简介

TURBOdesign-1使用简介

TURBOdesign-1使用简介

TURBOdesign-1使用简介

TURBOdesign-1使用简介

TURBOdesign-1使用简介

TURBOdesign-1使用简介

使用TURBOdesignSuite的优势 除了拥有反设计方法的一般优势以外,TURBOdesign还拥有以 下优势: ? 全球唯一的完全支持三维反问题设计的软件; ? 旋转机械领域顶级专家主持设计开发,与旋转机械领域专 业需求完美契合; ? 可以方便地将设计结果输出到常用CFD/CAD/FEA软件; ? 在不同设计之间方便的可移植性; ? 可以进行高效多目标优化;

应用领域 旋转机械设计
已经广泛应用于航空航天、汽 车、电子冷却、工业泵、工业涡轮、 航海、发电、制冷与空调、增压器、 通风等行业;

工业联盟
– 发展TD2联盟,涉及航空发动机和 燃气轮机制造业 – 风扇噪声联盟,15家公司和3所高 校 – 多学科/多点优化日本工程师团队

航空发动机中三级叶片轴流涡轮设计

汽车液力变矩器设计

轮机的应用

25

Effects of Blade Lean on Losses Conventional lean increases profile loss at midspan region At 5%-chord downstream from the TE

0.17

0.13

0.09 Total Pressure Loss

Inverse Design

0.05

0.01 0.0 Hub Conventional Stacking 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Tip Loss reduction throughout the flow fields

Reference: Suppression of Secondary Flows in a Turbine Nozzle with Controlled Stacking Shape and Exit Circulation by 3D Inverse Design Method

26

Suppressed interaction between horseshoe vortices Reduced losses

Radial Stacking

Optimized Stacking

Reference: Suppression of Secondary Flows in a Turbine Nozzle with Controlled Stacking Shape and Exit Circulation by 3D Inverse Design Method

27

实验验证
Conventional Impeller B TURBOdesign1 Impeller D

1.9point
2.5points

TURBOdesign1 hts conventional hts

TURBOdesign1

conventional

Casing 38

Casing 42

Blade-jet speed ratio
Reference: Three Dimensional Design of a High Speed Radial-Inflow Turbine by a Novel Design Method 28

Blade-jet speed ratio

TURBOdesign在日本久保田公司应 用于管路轮机发电设计

Dr, S, Miyauchi, the Section Manager at Kubota explained: “As a result of the development which included the use of TURBOdesign1, the line-up series for the new in-line type hydraulic turbine for micro power generation was developed within a very short period of time. The development of this technology has allowed us to expand entensivley”
29

Thanks!

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