Holistisk modellering av energiomvandlings- och framdrivningssystem

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Områdena för energiomvandling och framdrivningssystem ligger i framkant av teknisk innovation, vilket driver framsteg inom transport, rymd och hållbara energilösningar. I strävan efter optimerad prestanda och effektivitet vänder sig forskare alltmer till holistiska modelleringsmetoder som överbryggar gapet mellan 0D- och 3D-simuleringar. Integreringen av simuleringsnivåer ger en mer omfattande förståelse av komplexa system genom att kombinera förenklade, men ändå exakta, 0D-modeller med mycket detaljerade 3D-representationer. I den här utforskningen av holistisk modellering kommer vi att undersöka hur det är viktigt att kombinera 0D- och 3D-perspektiv för att designa, analysera och optimera olika system som ångkraftverk och raketframdrivning.

Holistisk modellering kombinerar förenklade 0D-modeller med detaljerade 3D-simuleringar, vilket gör att ingenjörer och forskare kan få en komplett bild av hur olika komponenter interagerar inom system. Detta tillvägagångssätt tar hänsyn till både helheten och de finare detaljerna, vilket ger en mer trogen bild av hur system fungerar i den verkliga världen.

Figur 1 Holistic Modeling Framework i AxSTREAM-plattform

Energiomvandling och framdrivningssystem fungerar som termodynamiska cykler, som ingenjörer måste designa, utvärdera och optimera. Ingenjörens process kräver simulering av hur ett nytt eller befintligt system och dess komponenter fungerar under olika förhållanden. Men med tanke på den stora mängden komponenter som är involverade i sådana cykler, är mjukvaruverktyg absolut nödvändiga för att studera cykeldrift och komponentinteraktion. AxSTREAM System Simulering är SoftInWays mjukvaruverktyg som gör det möjligt för ingenjörer att studera och optimera cykler med metoder som t.ex. Design av experiment och Monte Carlo. Plattformen tillhandahåller ett virtuellt labb där man kan justera och testa olika inställningar för att hitta de mest önskvärda, både vid stabila tillstånd och under övergående förhållanden.

Kombinerad cykel i AxSTREAM System Simulering — Figur 2 Kombinerad ånga- och gascykel modellerad i AxSTREAM System Simulering

I termiska vätskenätverk rör sig vätska genom olika element med specifika tryck, temperaturer och hastigheter. Varje element interagerar med andra på unika sätt, och dessa interaktioner definierar egenskaperna för varje komponent. I samband med termodynamiska cykler står ingenjörer inför uppgiften att modellera termiska vätskenätverk för att simulera vätske- och värmeflödet genom elementen. För att göra det krävs att modellen av vätskebanor, värmeväxlingsytor och fasta strukturer bryts ner till anslutna 1D-element. Detta hjälper till att fånga de komplexa interaktionerna mellan olika komponenter, vilket ger en detaljerad förståelse av termisk-vätskedynamik inom systemet.

AxSTREAM System Simulering utmärker sig på både systemnivåmodellering och termisk-vätskenätverksmodellering. Även om verktyget gör det enkelt att modellera de två separat, tillåter det också att koppla dem till en enhetlig representation. Plattformen innehåller ett bibliotek med 100+ olika 0D- och 1D-element tillgängliga via ett användarvänligt gränssnitt som gör det enkelt och okomplicerat att skapa kopplade 0D- och 1D-system. Användare kan till exempel modellera en gasturbinmotor med alla nödvändiga 0D-element och sedan koppla bränslesystemets detaljer till sin modell direkt (Figur 3).

Figur 3 Kyld gasturbin med bränsleinsprutning

Naturligtvis förlitar sig bra modeller på exakta element som härrör från exakta prestandadata och omfattande komponentdetaljer. AxSTREAMs flödesvägsmoduler underlättar detta genom att erbjuda flera vägar för bestämning av prestandadata. Användare kan importera komponentprestandakartor till AxSTREAM System Simulering modeller, även om precisionen kan vara begränsad för studier av sekundärflödespåverkan. Alternativt designa inom AxSTREAM möjliggör 1D medellinje och 2D genomflödesanalys under specifika förhållanden, vilket förbättrar precisionen. För avancerade förutsägelser, utnyttja artificiell intelligens inom AxSTREAM ger ett sofistikerat alternativ som säkerställer att användarna kan skräddarsy sitt tillvägagångssätt för att möta specifika analyskrav.

SoftInWays AI-modeller för maskininlärning underlättar preliminär design för turbomaskineri. Med en knapptryckning bygger dessa modeller fullständiga 3D-geometrier och producerar prestandakartor automatiskt – en perfekt passform för AxSTREAM System Simulering. Detta gör det möjligt för användare att fokusera på högnivåmodeller medan AI genererar realistiska maskiner.

Figur 4 Generativ design i AxSTREAM-plattform

AxSTREAM integrerar även ytterligare moduler, inklusive AxCFD för CFD-analys, AxSTRESS som finita elementlösare och moduler för lager och rotordynamik. När maskinen väl har genererats säkerställer validering i dessa moduler mer exakta lösningar och prestandadata.

AxSTREAM framstår som ett centralt verktyg inom utvecklingen av energisystem. Genom att integrera modellering på systemnivå och termisk vätskenätverksmodellering genom 0D-3D-metoder ger det en omfattande förståelse av komplexa system. Denna mjukvaruplattforms anpassningsförmåga understryks av dess förmåga att koppla ihop olika modelleringselement och därigenom underlätta effektiv cykeloptimering. AxSTREAM ger ett betydande bidrag genom att tillhandahålla exakta prestandadata, samtidigt som man använder innovativa metoder som artificiell intelligens för prediktiv modellering. Kompletteras med dedikerade moduler, AxSTREAM säkerställer robust validering av lösningar och prestandadata. Det tjänar inte bara till att påskynda den tekniska utvecklingen utan garanterar också kompatibilitet och inkluderar stadig teknisk support. I huvudsak, AxSTREAM framstår som en välbehövlig verktygslåda för holistisk modellering och optimering av energiomvandling och framdrivningssystem.

Intresserad av att lära sig mer om AxSTREAM? Komma i kontakt! Maila oss på Sales@softinway.com för att skapa en privat demo.