Holistisk modellering av energikonverterings- og fremdriftssystemer

Publisert av Platon

Følgere: 0

Feltene energikonvertering og fremdriftssystemer står i forkant av teknologisk innovasjon, og driver fremskritt innen transport, romfart og bærekraftige energiløsninger. I jakten på optimalisert ytelse og effektivitet, tyr forskere i økende grad til holistiske modelleringsmetoder som bygger bro mellom 0D- og 3D-simuleringer. Integreringen av simuleringsnivåer gir en mer omfattende forståelse av komplekse systemer ved å kombinere forenklede, men likevel nøyaktige, 0D-modeller med svært detaljerte 3D-representasjoner. I denne utforskningen av holistisk modellering skal vi se på hvordan det å kombinere 0D- og 3D-perspektiver er avgjørende for å designe, analysere og optimalisere ulike systemer som dampkraftverk og rakettfremdrift.

Holistisk modellering kombinerer forenklede 0D-modeller med detaljerte 3D-simuleringer, slik at ingeniører og forskere kan få et fullstendig bilde av hvordan ulike komponenter samhandler i systemer. Denne tilnærmingen vurderer både det store bildet og de finere detaljene, og gir et mer trofast syn på hvordan systemer fungerer i den virkelige verden.

Figur 1 Holistisk modelleringsrammeverk i AxSTREAM-plattform

Energikonverterings- og fremdriftssystemer fungerer som termodynamiske sykluser, som ingeniører må designe, evaluere og optimalisere. Ingeniørens prosess krever simulering av hvordan et nytt eller eksisterende system og dets komponenter fungerer under ulike forhold. Men gitt det store mangfoldet av komponenter som er involvert i slike sykluser, er programvareverktøy absolutt nødvendige for å studere syklusdrift og komponentinteraksjon. AxSTREAM System Simulering er SoftInWays programvareverktøy som gjør det mulig for ingeniører å studere og optimere sykluser ved hjelp av metoder som f.eks. Design av eksperiment og Monte Carlo. Plattformen gir et virtuelt laboratorium hvor man kan finpusse og teste forskjellige oppsett for å finne de mest ønskelige, både ved stabile tilstander og under forbigående forhold.

Kombinert syklus i AxSTREAM System Simulering — Figur 2 Kombinert damp- og gasssyklus modellert i AxSTREAM System Simulering

I termisk-væskenettverk beveger væske seg gjennom forskjellige elementer med spesifikke trykk, temperaturer og hastigheter. Hvert element samhandler med andre på unike måter, og disse interaksjonene definerer egenskapene til hver komponent. I sammenheng med termodynamiske sykluser står ingeniører overfor oppgaven med å modellere termiske væskenettverk for å simulere væske- og varmestrømmen gjennom elementene. Å gjøre det krever å bryte ned modellen av væskebaner, varmevekslingsoverflater og faste strukturer til sammenkoblede 1D-elementer. Dette bidrar til å fange opp de komplekse interaksjonene mellom ulike komponenter, og gir en detaljert forståelse av termisk-væske-dynamikken i systemet.

AxSTREAM System Simulering utmerker seg på både system-nivå modellering og termisk-væske nettverksmodellering. Selv om verktøyet gjør det enkelt å modellere de to separat, tillater det også å koble dem til en enhetlig representasjon. Plattformen inkluderer et bibliotek med 100+ forskjellige 0D- og 1D-elementer tilgjengelig gjennom et brukervennlig grensesnitt som gjør det enkelt og greit å lage koblede 0D- og 1D-systemer. For eksempel kan brukere modellere en gassturbinmotor med alle nødvendige 0D-elementer, og deretter koble drivstoffsystemdetaljene direkte til modellen deres (Figur 3).

Figur 3 Avkjølt gassturbin med drivstoffinnsprøytning

Selvfølgelig er gode modeller avhengige av nøyaktige elementer utledet fra nøyaktige ytelsesdata og omfattende komponentdetaljer. AxSTREAM sine flytbanemoduler forenkler dette ved å tilby flere veier for bestemmelse av ytelsesdata. Brukere kan importere komponentytelseskart til AxSTREAM System Simulering modeller, selv om presisjonen kan være begrenset for studier av sekundær strømningspåvirkning. Alternativt design innen AxSTREAM gir mulighet for 1D middellinje og 2D gjennomstrømningsanalyse under spesifikke forhold, noe som øker presisjonen. For avanserte spådommer, utnytte kunstig intelligens innenfor AxSTREAM gir et sofistikert alternativ, som sikrer at brukerne kan skreddersy tilnærmingen sin for å møte spesifikke analysekrav.

SoftInWays maskinlærings-AI-modeller letter foreløpig design for turbomaskineri. Ved å trykke på en knapp bygger disse modellene fulle 3D-geometrier og produserer ytelseskart automatisk – en ideell passform for AxSTREAM System Simulering. Dette gjør det mulig for brukere å fokusere på høynivåmodeller mens AI genererer realistiske maskiner.

Figur 4 Generativ design i AxSTREAM-plattform

AxSTREAM integrerer også tilleggsmoduler, inkludert AxCFD for CFD-analyse, AxSTRESS som finitt element-løser, og moduler for peiling og rotordynamikk. Når maskinen er generert, sikrer validering i disse modulene mer presise løsninger og ytelsesdata.

AxSTREAM skiller seg ut som et sentralt verktøy innen utvikling av energisystemer. Ved å integrere systemnivåmodellering og termisk-væskenettverksmodellering gjennom 0D-3D-tilnærminger, gir det en omfattende forståelse av komplekse systemer. Denne programvareplattformens tilpasningsevne understrekes av dens kapasitet til å koble sammen ulike modelleringselementer, og dermed tilrettelegge for effektiv syklusoptimalisering. AxSTREAM gir et betydelig bidrag ved å gi presise ytelsesdata, samtidig som man bruker innovative metoder som kunstig intelligens for prediktiv modellering. Supplert med dedikerte moduler, AxSTREAM sikrer robust validering av løsninger og ytelsesdata. Det tjener ikke bare til å fremskynde teknologisk utvikling, men garanterer også kompatibilitet og inkluderer jevn teknisk støtte. I hovedsak, AxSTREAM fremstår som et sårt tiltrengt verktøysett for helhetlig modellering og optimalisering av energikonvertering og fremdriftssystemer.

Interessert i å lære mer om AxSTREAM? Ta kontakt! Send oss en e-post på Sales@softinway.com for å sette opp en privat demo.