Modelado holístico de sistemas de propulsión y conversión de energía

Reeditado por Platón

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Los campos de la conversión de energía y los sistemas de propulsión están a la vanguardia de la innovación tecnológica, impulsando avances en el transporte, la industria aeroespacial y las soluciones energéticas sostenibles. En la búsqueda de un rendimiento y una eficiencia optimizados, los investigadores recurren cada vez más a enfoques de modelado holísticos que cierran la brecha entre las simulaciones 0D y 3D. La integración de niveles de simulación ofrece una comprensión más completa de sistemas complejos al combinar modelos 0D simplificados pero precisos con representaciones 3D muy detalladas. En esta exploración del modelado holístico, veremos cómo combinar perspectivas 0D y 3D es esencial para diseñar, analizar y optimizar varios sistemas, como plantas de energía de vapor y propulsión de cohetes.

El modelado holístico combina modelos 0D simplificados con simulaciones 3D detalladas, lo que permite a ingenieros y científicos obtener una imagen completa de cómo interactúan los diferentes componentes dentro de los sistemas. Este enfoque considera tanto el panorama general como los detalles más finos, proporcionando una visión más fiel de cómo funcionan los sistemas en el mundo real.

Figura 1 Marco de modelado holístico en el Plataforma AxSTREAM

Los sistemas de conversión de energía y propulsión funcionan como ciclos termodinámicos, que los ingenieros deben diseñar, evaluar y optimizar. El proceso del ingeniero requiere la simulación de cómo se desempeñan un sistema nuevo o existente y sus componentes en diferentes condiciones. Sin embargo, dada la gran multitud de componentes involucrados en dichos ciclos, las herramientas de software son absolutamente necesarias para estudiar el funcionamiento del ciclo y la interacción de los componentes. Simulación del sistema AxSTREAM es la herramienta de software de SoftInWay que permite a los ingenieros estudiar y optimizar ciclos utilizando métodos como Diseño de experimento y Montecarlo.. La plataforma proporciona un laboratorio virtual donde se pueden modificar y probar diferentes configuraciones para encontrar las más deseables, tanto en estados estables como en condiciones transitorias.

Ciclo combinado en Simulación del Sistema AxSTREAM — Figura 2 Ciclo Combinado de Vapor y Gas modelado en Simulación del sistema AxSTREAM

En las redes de fluidos térmicos, el fluido se mueve a través de varios elementos con presiones, temperaturas y velocidades específicas. Cada elemento interactúa con otros de maneras únicas y estas interacciones definen las características de cada componente. En el contexto de los ciclos termodinámicos, los ingenieros se enfrentan a la tarea de modelar redes de fluidos térmicos para simular el flujo de fluido y calor a través de los elementos. Para hacerlo, es necesario dividir el modelo de trayectorias de fluidos, superficies de intercambio de calor y estructuras sólidas en elementos 1D conectados. Esto ayuda a capturar las interacciones complejas entre diferentes componentes, proporcionando una comprensión detallada de la dinámica de los fluidos térmicos dentro del sistema.

Simulación del sistema AxSTREAM sobresale tanto en el modelado a nivel de sistema como en el modelado de redes de fluidos térmicos. Si bien la herramienta facilita el modelado de ambos por separado, también permite acoplarlos en una representación unificada. La plataforma incluye una biblioteca de más de 100 elementos 0D y 1D diversos accesibles a través de una interfaz fácil de usar que hace que la creación de sistemas 0D y 1D acoplados sea sencilla y directa. Por ejemplo, los usuarios pueden modelar un motor de turbina de gas con todos los elementos 0D necesarios y luego acoplar los detalles del sistema de combustible a su modelo directamente (Figura 3).

Figura 3 Turbina de gas refrigerada con inyección de combustible

Por supuesto, los buenos modelos se basan en elementos precisos derivados de datos de rendimiento precisos y detalles completos de los componentes. de AxSTREAM Los módulos de ruta de flujo facilitan esto al ofrecer múltiples vías para la determinación de datos de rendimiento. Los usuarios pueden importar mapas de rendimiento de componentes a Simulación del sistema AxSTREAM modelos, aunque la precisión puede ser limitada para los estudios de influencia del flujo secundario. Alternativamente, diseñar dentro AxSTREAM permite el análisis de flujo medio 1D y de flujo 2D en condiciones específicas, lo que mejora la precisión. Para predicciones avanzadas, aprovechar la inteligencia artificial dentro AxSTREAM proporciona una opción sofisticada que garantiza que los usuarios puedan adaptar su enfoque para cumplir con requisitos de análisis específicos.

Los modelos de IA de aprendizaje automático de SoftInWay facilitan el diseño preliminar de turbomáquinas. Con solo presionar un botón, estos modelos crean geometrías 3D completas y producen mapas de rendimiento automáticamente: una opción ideal para Simulación del sistema AxSTREAM. Esto permite a los usuarios centrarse en modelos de alto nivel mientras la IA genera máquinas realistas.

Figura 4 Diseño Generativo en el Plataforma AxSTREAM

AxSTREAM También integra módulos adicionales, incluyendo AxCFD para análisis CFD, HachaESTRÉS como solucionador de elementos finitos y módulos para cojinete y rotordinámica. Una vez generada la máquina, la validación en estos módulos garantiza soluciones y datos de rendimiento más precisos.

AxSTREAM destaca como una herramienta fundamental en el ámbito del desarrollo de sistemas energéticos. Al integrar el modelado a nivel de sistema y el modelado de redes de fluidos térmicos a través de enfoques 0D-3D, proporciona una comprensión integral de los sistemas complejos. La adaptabilidad de esta plataforma de software se ve subrayada por su capacidad de acoplar diversos elementos de modelado, facilitando así una optimización eficaz del ciclo. AxSTREAM agrega una contribución significativa al proporcionar datos precisos de rendimiento, al tiempo que emplea metodologías innovadoras como la inteligencia artificial para el modelado predictivo. Complementado con módulos dedicados, AxSTREAM Garantiza una validación sólida de las soluciones y los datos de rendimiento. No sólo sirve para acelerar el desarrollo tecnológico sino que también garantiza la compatibilidad e incluye soporte técnico constante. En esencia, AxSTREAM surge como un conjunto de herramientas muy necesario para el modelado holístico y la optimización de los sistemas de propulsión y conversión de energía.

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