Augmenter la complexité : missions paramétrées et modèles réalistes de turbomachines

Dans la première partie de cette série sur les turbomachines, nous avons créé un modèle en utilisant les outils dédiés à la production de simulations de turbomachines dans Simcenter 3D. Diriger le processus de développement dans un environnement intégré réduit le risque d’erreur et diminue les coûts tout en augmentant l’efficacité et la collaboration.

Si vous avez manqué la première partie, vous pouvez la consulter ici.

Nous sommes maintenant prêts à explorer comment évaluer le rendement et le comportement thermomécaniques dans le contexte des différentes missions que le produit final entreprendra.

Définir des missions paramétrées dans Simcenter 3D



Tout d’abord, nous définissons des missions paramétrées à l’aide de l’outil de séquence de conditions Condition Sequences.

  • Définissez les paramètres avec leurs unités. Ils seront utilisés pour définir les objets, les contraintes et les charges de la simulation.
  • Définissez les conditions. Une condition représente un état à un moment spécifique.
  • Définissez les missions. Indiquez la séquence des conditions et les temps correspondants.
  • Vérifiez la séquence des conditions et définissez toute autre mission nécessaire.
  • Créez automatiquement une solution selon les étapes définies dans la mission sélectionnée.

Créer un modèle réaliste

Dans une analyse des rendements thermomécaniques, le modèle doit tenir compte du transfert de chaleur, des charges structurelles et des interactions entre les éléments physiques. Simcenter 3D offre une sélection complète d’outils nécessaires à la modélisation du comportement thermomécanique d’une turbomachine.



Cette vidéo montre combien il est facile de modéliser la physique et les interactions complexes des turbomachines à l’aide des outils offerts dans Simcenter 3D pour les simulations multiphysiques.

Rotor du 3e étage

  • Surveillez les écarts de contact pour évaluer le jeu à l’extrémité.
  • Simulez le contact thermomécanique des joints labyrinthes.
  • Créez une connexion thermomécanique parfaite entre la base de l’aube de stator et le joint de stator.
  • Créez une connexion thermique entre les parties 2D et 3D du rotor du 3e étage.
  • Modélisez l’assemblage en queue d’aronde du rotor du 3e étage.

Modélisation structurelle

  • Appliquez des conditions aux limites structurelles sur les faces source et cible.
  • Organisez les objets de simulations dans des dossiers et obtenez une sortie HTML qui sera très utile en post-traitement.
  • Réalisez un couplage structurel entre les parties 2D et 3D du modèle.
  • Contraignez le mouvement tangentiel des parties 3D pour supprimer le mouvement du corps rigide et contraindre dans le sens axial le rotor et le stator.
  • Modélisez les forces structurelles subies par le mouvement de rotation du rotor selon les paramètres préalablement définis.

Flux thermiques et convection

  • Définissez un flux thermique (flux unilatéral sur l’arête) à l’intérieur d’un arbre avant et modélisez la convection due au flux d’air en utilisant les paramètres définis précédemment et en tenant compte de l’effet de rotation.
  • Sélectionnez rapidement plusieurs arêtes connectées.
  • Simulez la convection avec une masse d’air à une température inconnue.
  • Définissez un flux unilatéral sur l’arête et activez les options de connexion automatique.
  • Simulez la convection sur l’aube du 1er étage en tenant compte de l’exposition du flux d’air et du nombre d’instances définies par le maillage associé.
  • Définissez un flux unilatéral sur les arêtes pour le cas du stator, en indiquant la fin du flux sans diviser l’arête.
  • Définissez un flux à l’extrémité de la pale 3D avec un flux bilatéral sur les arêtes et les faces.
  • Spécifiez les conditions d’entrée pour l’inversion du flux dans la définition du flux bilatéral sur les arêtes pour les joints labyrinthes.
  • Ajoutez en toute sécurité des corrélations exclusives.
  • Modélisez la convection à la base de la pale du 3e étage avec un courant unilatéral sur les faces en utilisant des points pour définir la direction du flux.
  • Définissez un flux thermique sur plusieurs corps.
  • Définissez la convection simple sur l’extérieur du boîtier du stator.

Modèle complet

  • Inspectez tous les objets, contraintes et charges de simulation définis.
  • Définissez les débits massiques et la pression pour les conduits modélisés et appliquez des contraintes de température sur les nœuds des conduits.
  • Définissez une étiquette de conduit sur une arête et référencez-la dans une fonction de flux thermique.
  • Créez une convection entre un nœud de conduit et une région définie par des arêtes.
  • Inspectez le modèle complet.

Une fois le comportement thermomécanique complètement modélisé, nous sommes prêts à passer à la création et à la combinaison de sous-assemblages ainsi qu’à l’étape du post-traitement.

Dans la troisième partie, nous verrons comment une approche globale du rendement thermomécanique améliore l’efficacité et pourquoi un environnement de post-traitement efficace est essentiel.

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