能量转换和推进系统的整体建模

由柏拉图重新发布

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能源转换和推进系统领域处于技术创新的前沿，推动着交通、航空航天和可持续能源解决方案的进步。为了寻求优化的性能和效率，研究人员越来越多地转向整体建模方法，以弥补 0D 和 3D 模拟之间的差距。仿真级别的集成通过将简化但准确的 0D 模型与高度详细的 3D 表示相结合，可以更全面地了解复杂系统。在对整体建模的探索中，我们将研究 0D 和 3D 视角的结合对于设计、分析和优化各种系统（例如蒸汽发电厂和火箭推进系统）至关重要。

整体建模将简化的 0D 模型与详细的 3D 模拟相结合，使工程师和科学家能够全面了解不同组件在系统内如何相互作用。这种方法既考虑了大局，又考虑了更精细的细节，提供了系统在现实世界中如何工作的更真实的视图。

能量转换和推进系统作为热力循环运行，工程师必须对其进行设计、评估和优化。工程师的流程需要模拟新的或现有的系统及其组件在不同条件下的性能。然而，考虑到此类循环涉及的组件数量众多，软件工具对于研究循环操作和组件交互是绝对必要的。 AxSTREAM 系统仿真是 SoftInWay 的软件工具，使工程师能够使用以下方法研究和优化循环实验设计和蒙特卡罗。该平台提供了一个虚拟实验室，人们可以在其中调整和测试不同的设置，以找到最理想的设置，无论是在稳态还是瞬态条件下。

AxSTREAM 系统仿真中的联合循环 — 图 2 模型中的蒸汽和气体联合循环 AxSTREAM 系统仿真

在热流体网络中，流体以特定的压力、温度和速度流过各种元件。每个元素以独特的方式与其他元素交互，这些交互定义了每个组件的特征。在热力学循环的背景下，工程师面临着对热流体网络进行建模的任务，以模拟通过元件的流体和热流。这样做需要将流体路径、热交换表面和实体结构的模型分解为连接的一维元素。这有助于捕获不同组件之间的复杂相互作用，从而提供对系统内热流体动力学的详细了解。

AxSTREAM 系统仿真擅长系统级建模和热流体网络建模。虽然该工具可以轻松地分别对两者进行建模，但它还允许将它们耦合到统一的表示中。该平台包括一个包含 100 多个不同 0D 和 1D 元素的库，可通过用户友好的界面进行访问，使创建耦合的 0D 和 1D 系统变得简单明了。例如，用户可以使用所有必要的 0D 元素对燃气涡轮发动机进行建模，然后将燃油系统详细信息直接耦合到模型中（图 3）。

当然，好的模型依赖于从准确的性能数据和全面的组件细节中得出的精确元素。 AxSTREAM 的流路模块通过提供多种性能数据确定途径来促进这一点。用户可以将组件性能图导入到 AxSTREAM 系统仿真模型，尽管二次流影响研究的精度可能受到限制。或者，在内部设计轴流允许在特定条件下进行一维等线和二维通流分析，从而提高精度。对于高级预测，利用人工智能轴流提供了一个复杂的选项，确保用户可以定制他们的方法来满足特定的分析要求。

SoftInWay 的机器学习人工智能模型有助于涡轮机械的初步设计。只需按一下按钮，这些模型即可构建完整的 3D 几何形状并自动生成性能图 - 非常适合 AxSTREAM 系统仿真。这使得用户能够专注于高级模型，同时人工智能生成真实的机器。

轴流还集成了其他模块，包括差价合约对于 CFD 分析，斧应力作为有限元求解器和模块轴承和转子动力学。机器生成后，这些模块中的验证可确保更精确的解决方案和性能数据。

轴流作为能源系统开发领域的关键工具。通过 0D-3D 方法集成系统级建模和热流体网络建模，它提供了对复杂系统的全面理解。该软件平台的适应性通过其耦合不同建模元素的能力得到强调，从而促进有效的循环优化。轴流通过提供精确的性能数据，同时采用人工智能等创新方法进行预测建模，做出了重大贡献。辅以专用模块，轴流确保解决方案和性能数据的可靠验证。它不仅可以加快技术发展，还可以保证兼容性并提供稳定的技术支持。在本质上，轴流成为能源转换和推进系统整体建模和优化急需的工具包。

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