使用流量模拟器的热流体系统的高效自动化、控制和优化

Aditya Jayanthi, Altair热解决方案产品经理。

在涡轮机械工业中，热流体系统设计是一个创造性的过程，用来解决新的或现有的问题，这些问题往往是复杂的，因为流体流动的复杂性质，以及控制系统的传热和传质机制。这是一个极其重要的任务，因为它会导致新的和改进的设计。它通常涉及具有多种可能性的开放式解决方案，并与分析形成对比，后者会产生独特的、定义良好的、封闭的结果。因此，热流体系统设计通常需要考虑许多不同的解决方案，并找到满足给定问题的可接受的结果。综合将几种不同的分析和信息类型结合在一起，从而形成系统设计中的一个重要方面。下面的图1概述了涡轮机械公司为高效自动化、控制和热流体系统应用的优化而采用的常见做法。bob电竞官方

由于增长在世界范围内随着竞争的加剧，以及开发新的、改进的、更高效的燃气轮机的需要，热流体系统的设计越来越受到重视。牵牛星流模拟器可提供给牵牛星客户，为燃气轮机行业热流体系统应用的快速设计提供了一个独特的平台。bob电竞官方如图2所示，流量模拟器为热流体系统设计提供了多种自动化和优化功能。

此外，Flow Simulator还提供了各种控制器(如图3所示)来执行一些“如果发生了什么”的研究。控制器用于在求解器运行时改变腔室和元件的输入。他们使用“测量”变量来“操纵”腔室或元件输入。例如，您可以根据腔室压力(压力表变量)改变阀门位置(操纵变量)

修改现有系统的设计

在许多涡轮机械应用的情况下，现有的或可用的部件可以构成一个新系统bob电竞官方的设计基础，以满足给定的要求和约束。这显然是获得给定问题的概念设计的最简单方法。这里的主要思想是将现有系统作为设计的基本框架，并考虑系统的不同组件或部分的变化以满足新的设计条件。系统的总体配置基本保持不变，只有少数相关组件或子系统有所变化。

在图4所示的例子中，在目标寻迹分析中使用比例积分导数(PID)控制器来调节孔板(元件4)的面积，直到达到目标流量。gauge变量被设置为元素3的流量(pipe)，而被操纵的变量被设置为元素4的区域(area)。为PID控制器提供了被操纵变量的最小和最大变量值以及必要的整定参数。在本例中，除孔板元件外，大部分系统保持不变。

图5所示的另一个例子也是燃气轮机流体系统中的一个常见应用。这里，前馈控制器是根据上游压力调节泄压值的位置。这个例子展示了Flow Simulator中使用python脚本定义任何复杂控制逻辑的强大选项。

热流体系统设计的概率分析

概率分析是热流体系统设计和优化的重要内容之一。一般来说，在实际热流体系统的原型上进行实验是非常昂贵和耗时的。人们必须依靠基于给定系统模型的仿真来获得不同条件下系统行为的所需信息。通过对模型的验证，建立了模型与物理系统的一一对应关系。模型的仿真结果表明了实际系统的性能。仿真可用于1。评估不同的设计以选择一个可接受的设计2。研究非设计条件下系统行为3。确定系统的安全极限4。确定不同设计变量对优化的影响5。 Improve or modify existing systems 6. Investigate sensitivity of the design to different variables

在图6所示的简单例子中，我们的目的是研究流量变化对孔板上压降的影响。所涉及的实验设计(DOE)生成的所有详细步骤都在图中说明。一旦DOE被创建并且Flow Simulator完成了运行，用户就可以创建传递函数并分析它们。图7显示了实际模型预测结果与传递函数结果的对比，对于这个简单的模型来说，几乎是相同的。

预测热流体系统在非设计条件下的行为，即超出那些用于设计的值，在燃气轮机设计中是非常重要的。这种研究为发动机的运行提供了有价值的信息，以及在过载或部分负荷情况下，如果发动机的运行条件发生改变，它将如何工作。燃气轮机很少在设计条件下运行，重要的是确定运行条件的范围，在此范围内它们将提供可接受的结果。偏离设计条件的原因有很多，如能量输入的变化、元件特性随时间的变化、环境条件的变化、系统上的能量负荷的变化等。在非设计条件下的仿真结果表明了系统的通用性和鲁棒性。这显然是可取的有一个大范围的非设计条件，发动机的性能是令人满意的。流量模拟器的任务分析将允许燃气轮机工程师研究所有可能的非设计条件，并估计设计的热可靠性。任务分析面板的示例如图8所示。

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