Holistisk modellering af energikonverterings- og fremdriftssystemer

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Områderne energikonvertering og fremdriftssystemer står i spidsen for teknologisk innovation, hvilket driver fremskridt inden for transport, rumfart og bæredygtige energiløsninger. I jagten på optimeret ydeevne og effektivitet, vender forskere i stigende grad til holistiske modelleringstilgange, der bygger bro mellem 0D- og 3D-simuleringer. Integrationen af simuleringsniveauer giver en mere omfattende forståelse af komplekse systemer ved at kombinere forenklede, men præcise 0D-modeller med meget detaljerede 3D-repræsentationer. I denne udforskning af holistisk modellering vil vi se på, hvordan en kombination af 0D- og 3D-perspektiver er afgørende for at designe, analysere og optimere forskellige systemer såsom dampkraftværker og raketfremdrift.

Holistisk modellering kombinerer forenklede 0D-modeller med detaljerede 3D-simuleringer, hvilket giver ingeniører og videnskabsfolk mulighed for at få et komplet billede af, hvordan forskellige komponenter interagerer i systemer. Denne tilgang tager både det store billede og de finere detaljer i betragtning, hvilket giver et mere trofast billede af, hvordan systemer fungerer i den virkelige verden.

Figur 1 Holistic Modeling Framework i AxSTREAM platform

Energikonverterings- og fremdriftssystemer fungerer som termodynamiske cyklusser, som ingeniører skal designe, evaluere og optimere. Ingeniørens proces kræver simulering af, hvordan et nyt eller eksisterende system og dets komponenter fungerer under forskellige forhold. Men i betragtning af det store væld af komponenter, der er involveret i sådanne cyklusser, er softwareværktøjer absolut nødvendige for at studere cyklusdrift og komponentinteraktion. AxSTREAM System Simulering er SoftInWays softwareværktøj, der gør det muligt for ingeniører at studere og optimere cyklusser ved hjælp af metoder som f.eks. Design af eksperiment og Monte Carlo. Platformen giver et virtuelt laboratorium, hvor man kan justere og teste forskellige opsætninger for at finde de mest ønskværdige, både ved steady states og under forbigående forhold.

Kombineret cyklus i AxSTREAM System Simulering — Figur 2 Kombineret damp- og gascyklus modelleret i AxSTREAM System Simulering

I termiske væskenetværk bevæger væske sig gennem forskellige elementer med specifikke tryk, temperaturer og hastigheder. Hvert element interagerer med andre på unikke måder, og disse interaktioner definerer hver komponents egenskaber. I forbindelse med termodynamiske cyklusser står ingeniører over for opgaven med at modellere termiske-væske-netværk for at simulere væske- og varmestrømmen gennem elementerne. At gøre det kræver at nedbryde modellen af væskebaner, varmevekslingsoverflader og faste strukturer i forbundne 1D-elementer. Dette hjælper med at fange de komplekse interaktioner mellem forskellige komponenter, hvilket giver en detaljeret forståelse af termisk-væske-dynamikken i systemet.

AxSTREAM System Simulering udmærker sig ved modellering på både systemniveau og termisk-væske netværksmodellering. Selvom værktøjet gør det nemt at modellere de to separat, giver det også mulighed for at koble dem sammen i en samlet repræsentation. Platformen inkluderer et bibliotek med mere end 100 forskellige 0D- og 1D-elementer, der er tilgængelige via en brugervenlig grænseflade, der gør det nemt og ligetil at skabe koblede 0D- og 1D-systemer. For eksempel kan brugere modellere en gasturbinemotor med alle nødvendige 0D-elementer og derefter koble brændstofsystemets detaljer til deres model direkte (Figur 3).

Figur 3 Afkølet gasturbine med brændstofindsprøjtning

Selvfølgelig er gode modeller afhængige af præcise elementer afledt af nøjagtige ydeevnedata og omfattende komponentdetaljer. AxSTREAM's flow path-moduler letter dette ved at tilbyde flere muligheder for ydelsesdatabestemmelse. Brugere kan importere komponentydelseskort til AxSTREAM System Simulering modeller, selvom præcisionen kan være begrænset for undersøgelser af sekundær flowpåvirkning. Alternativt design indenfor AxSTREAM giver mulighed for 1D-middellinje- og 2D-gennemstrømningsanalyse under specifikke forhold, hvilket øger præcisionen. For avancerede forudsigelser, udnyttelse af kunstig intelligens indeni AxSTREAM giver en sofistikeret mulighed, der sikrer, at brugerne kan skræddersy deres tilgang til at opfylde specifikke analysekrav.

SoftInWays machine learning AI-modeller letter det foreløbige design til turbomaskineri. Med et tryk på en knap bygger disse modeller fulde 3D-geometrier og producerer automatisk ydeevnekort – en ideel pasform til AxSTREAM System Simulering. Dette gør det muligt for brugerne at fokusere på modeller på højt niveau, mens AI genererer realistiske maskiner.

Figur 4 Generativt design i AxSTREAM platform

AxSTREAM integrerer også yderligere moduler, bl.a AxCFD til CFD-analyse, AxSTRESS som finite element solver, og moduler til leje , rotordynamik. Når først maskinen er genereret, sikrer validering i disse moduler mere præcise løsninger og ydeevnedata.

AxSTREAM skiller sig ud som et centralt værktøj inden for udvikling af energisystemer. Ved at integrere modellering på systemniveau og termisk-væske netværksmodellering gennem 0D-3D-tilgange giver det en omfattende forståelse af komplekse systemer. Denne softwareplatforms tilpasningsevne understreges af dens evne til at koble forskellige modelleringselementer og derved lette effektiv cyklusoptimering. AxSTREAM tilføjer et væsentligt bidrag ved at levere præcise præstationsdata, samtidig med at der anvendes innovative metoder såsom kunstig intelligens til prædiktiv modellering. Suppleret med dedikerede moduler, AxSTREAM sikrer robust validering af løsninger og ydeevnedata. Det tjener ikke kun til at fremskynde den teknologiske udvikling, men garanterer også kompatibilitet og inkluderer konstant teknisk support. I det væsentlige, AxSTREAM fremstår som et tiltrængt værktøjssæt til holistisk modellering og optimering af energiomdannelse og fremdriftssystemer.

Interesseret i at lære mere om AxSTREAM? Tag kontakt! Email os på Sales@softinway.com at oprette en privat demo.