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SmartDO在扇葉優化設計上的應用

2018-06-27

對於CAE優化軟體而言,應用實例與經驗才是最可靠的保證。SmartDO自發行以來,一直受到客戶愛護與肯定。除了在產官學研界擁有廣大用戶群,並且在許多工業實務優化設計應用上有顯著效果。例如:

  • 扇葉結構及氣動優化設計。
  • 一般結構輕量優化設計。
  • 土木建築鋼構輕量優化設計。
  • 連接器結構及電性優化設計。
  • 半導體封裝製程與材料優化設計。
  • 複材結構優化設計。
  • 流體噴嘴與流道優化設計。
  • 馬達效能優化設計。
  • 汽車零件與結構優化設計。

本期電子報,挑選數個SmartDO在扇葉優化設計上的應用案例分享。

1.噴射引擎渦輪葉片優化設計

渦輪葉片外型最佳化設計,因需同時考慮氣體動力與結構力學行為,至今仍然是個非常困難的問題。尤其當葉片空氣動力效率越高時,往往其結構強度與可靠度則越低。

在本例中,設計者拮取葉片四個斷面,並將每個斷面的幾何型狀參數化,分別是1.翼型的攻角與曲度(主要影響氣體動力行為),2.翼型的厚度分布(主要影響結構行為)一共12個設計變數,如圖1所示。設計者在ANSYS Workbench中建立CFD與結構模型後,與SmartDO連節進行優化設計。

SmartDO Fan Blade Optimization

圖 1. 葉片截面設計變數


圖2所示為SmartDO優化設計後,新舊葉片的形狀比對。SmartDO成功提升葉片14% 的流量,並同時減少葉片在流體與慣性力作用下的最大應力值 (由原本 1884 MPa 變成 1820 MPa)。其徑向變形也從原本的 3.5 mm 減少至 3.0 mm。

SmartDO Fan Blade Optimization

圖 2. SmartDO渦輪葉片優化設計結果


2.發電廠抽水幫浦結構強度與流量最佳化設計

發電廠之抽水幫浦,肩負重要的發電機散熱任務,若有任何故障,都可能引發嚴重的後果。此外因為幫浦需要持續運行,且承受極大的水壓,結構強度與抽水性能通常為同等重要的議題。

圖3所示為某電廠之抽水幫浦,使用類似上一例子提到的方法,經SmartDO最佳化設計後之形狀改變。經過SmartDO的優化設計後,該幫浦葉片成功降低了21%的應力,同時增加了12%的抽水量

SmartDO Fan Blade Optimization

圖 3. SmartDO抽水幫浦最佳化設計結果


3.軸流風扇效能優化設計

傳統的軸流風扇幾乎是基於在一固定轉速下達成高效率運轉的目標而進行設計。當以較高或較低速度(例如指定轉速的二分之一或四分之一)操作時,該風扇不一定能保持高效率。因此,如何設計能夠在不同轉速條件下都具備高效率的風扇,是一個重要的設計目標。

圖4所示為一吸頂式軸流風扇,以上述類似的方法,經SmartDO優化設計後,扇葉形狀改變的情況。在此優化設計下,特定條件下,風扇之效能可提昇約20%。

SmartDO Fan Blade Optimization

圖 4. SmartDO軸流風扇效能優化設計結果


其他成功案例

SmartDO尚有其他許多成功案例,礙於篇幅所限無法一一呈現。如您需要更多資訊,請洽崴昊科技及SmartDO代理商。



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