案例9 - 涡轮机热固耦合分析

1.案例介绍

涡轮机（turbine engine）是一种利用流体冲击叶轮转动而产生动力的发动机。具体来说，涡轮机是将工作流体的动能转换成有用机械能或电能的机器。它广泛应用于发电、航空、船舶、工业等领域。根据不同的应用场景，涡轮机可以分为汽轮机、燃气轮机和水轮机等类型。
热固耦合分析可以揭示涡轮机在不同温度下的应力和应变情况，从而优化涡轮机的设计，提高其性能和可靠性。通过了解温度对涡轮机材料性能的影响，可以预测涡轮机的疲劳和寿命，为涡轮机的维护和更换提供依据。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何导入几何，自动生成网格
  • 学习如何导入模型网格
  • 学习如何设置模型与材料相关选项
  • 学习如何求解计算
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

步骤一：导入网格

进入热力学分析模块，点击“热力学分析”下的“网格”，在类型处选择“上传网格”，点击下面的上传网格将目标网格上传至CAE平台，本案例网格名为MTurbine。如下图所示：

步骤二：设置时变特性

点击“热力学分析”，设置“时变特性”为瞬态，“惯性效应”为静态，打开“非线性效应”开关。

步骤三：接触设置

本案例无接触设置

步骤四：单元设置

“单元设置”处选择“自动”。设置如下图所示：

步骤五：全局模型设置

全局模型设置即设置模型的加速度载荷，设置X轴负向的加速度，值为9.8.设置如下图所示：

步骤六：材料设置

点击材料后的“+”，选择“钢”，施加位置为体“V_ALL”。设置如下图所示：

步骤七：初始条件设置

点击“初始条件”前的“+”，设置全局温度为20度。

步骤八：边界条件和荷载

1）点击“边界条件与载荷”后的“+”，设置“离心力荷载”，轴上的点为（0,0,0），旋转轴为（0,1,0），转速设为50rad/s，施加位置在体“V_ALL”。

2）添加边界条件“温度”，温度值用表格形式给出。施加位置在体“V_ALL”。

3）添加边界条件“固定支撑”，施加面“Group_1”。

步骤九：求解器设置

默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”为120s，时间步长设为5s，结果写入时间步设置为“分割选取”，“输出频率”为3。

步骤十一：结果设置&计算

点击结果配置前的“+”，会弹出物理场，打开物理场前的“+”会弹出一部分默认输出的物理场，其余的物理场可以通过点击“物理场”后的“+”。这里需要配置的物理量如图所示。

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。

步骤十二：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：