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ANSYS TURBOSYSTEM旋转机械分析系统
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集成的旋转机械分析体系
ANSYS TURBOSYSTEM——旋转机械分析系统
在旋转机械领域，A N S Y S向用户提供了从1D设计到3D C F D分析及性能优化的一体化解决方案
Turbo System。Turbo System主要的旋转机械设计分析工具有ANSYS
BladeModeler、ANSYS
TurboGrid、ANSYS Vista TF、Ansys CFX等。这些工具可完全集成在ANSYS
Workbench平台。
ANSYS在该平台上还集成了所有的设计与分析功能，包括流道几何设计、准三维的通流分析、几何
创建、网格划分、三维 CFD分析、结构分析、热分析、模态分析、转子动力学分析、参数化优化工
具和后处理。这些功能都集成在一个平台上，除了能够完成不同类型（流场、结构等）的分析，还可
以在Workbench平台下完成流固耦合分析，并且具有数据传递方便、易用、分析高度可靠的特点。
同时在产品的开发过程中可以减少开发时间、增加工作效率。
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ANSYS BladeModeler
BladeModeller可以进行所有类型的旋转机械的流道设计
方便的模型导入功能
所有类型旋转机械的高效叶片设计工具
ANSYS BladeModeler软件是一个专业的、易用的旋转机
械叶片的快速三维设计工具，可以对所有类型的旋转机械
进行高效的叶片设计。在用户优化的图形界面中，集成了
ANSYS公司广泛的旋转机械专业经验，能对各类型的旋转
机械如水泵、压缩机、风扇、鼓风机、涡轮、扩压器、涡轮
增压器、诱导轮等进行流道的气动/水动设计。
方便的模型导入功能
ANSYS BladeModeler可方便地导入已有模型，为将来的模型细节设计、模拟及快速修改做好几何上的准备进。
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优秀的设计功能
● 采用模板设计的方法
ANSYS BladeModeler内置了六个模板设计工具，包
括Radial Impeller、Simple Axial、Radial Diffuser、
Axial、Radial Deswirl Vane、Radial Turbine。所有
类型的旋转机械叶片设计都可以从中找到合适的设计
模板。
● 采用Vista 1D设计的方法
ANSYS BladeModeler的Vista 1D方法来自于老牌的
工程咨询公司，英国PCA工程公司。集成了该公司在
旋转机械设计领域几十年的经验和成果。设计人员只
需在面板上给出主要的设计参数，Vista 1D工具就可
以快速自动地进行性能设计。包括：
– Vista CCD（离心式压缩机设计）
– Vista CPD（离心泵设计）
– Vista RTD（径流式涡轮设计）
– Vista AFD（轴流风扇设计）
在Vista 1D设计的基础上，再对模型进行数值分析和
优化，可大大加快新产品的开发过程。
六种旋转机械设计模板
Vista CCD设计界面
Vista RTD设计界面 VistaAFD设计界面
Vista CPD设计界面
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● 交互式人机设计界面
ANSYS
BladeModeler包含适合不同类型旋转机械的PS/SS和Angle/Thickness两个主要的设计方法，是真正的交互式叶片设计工具，可在
设计过程中并实时观察到几何的改变。
PS/SS和Angle/Thickness设计方法 非线性叶片头部/尾部创建
多种定义叶片厚度的方法通过layer上角度的定义定义叶片几何形状
多种判断设计合理程度的辅助视图多种定义叶片属性的方法
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参数化设计功能
旋转机械设计方法，不论是模板设计、1D设计、还是数
据或几何导入，其最终都是生成Bladegen的文件类型，
生成该文件类型的好处是一方面是在Workbench中能方
便的将数据传递给Turbogrid完成网格划分，另一方面更
重要的是能够进行叶型及流道的参数化。
叶型数据的灵活修改和编辑方式是进行叶型参数化的必
要条件。ANSYS支持在Angle Definition和Thickness
Definition图中通过多种方式对叶型参数进行编辑。
● 分割类型(Piecewise, Spline, Bezier)
● 增加或删除点：插入或删除任一点，方便研究流道中任
意位置处叶片角或厚度变化的影响
● 线型转换
● 读入点文件：通过叶片角和子午面流道坐标文件完成
将关注的点作为输入参数，然后勾选，其值就可在
workbench中出现并进行设计点的参数输入 。
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可为多种旋转机械流道创建网格
ATM模板创建的高质量六面体网格
ANSYS TurboGrid
专业的旋转机械涡轮流道六面体网格创建工具
采用创新性的网格模板技术，结合参数化能力，可以方便地为绝大多数叶片类型生成高质量叶栅通道网格。用户只需导入
BladeModeler生成的几何，或导入描述涡轮的叶片、轮毂和外罩信息即可，简单易用。
模板化的六面体网格创建方法
TurboGrid提供多种模板化的六面体网格创建方法，如H/J/C/L-Grid、H-Grid、J-Grid、H-Grid
Dominant以及ATM optimized。
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ATM方法根据叶片从叶根到叶顶的扭曲程度自动的调整网格的质量。另外，对于ATM自动网格拓扑生成方法，现可以进行网格加密控
制以及网格加密因子和网格总数目的参数化。
快速的旋转机械分析工具
ANSYS Vista TF可以快速判断ANSYS BladeModeler生成的几何是否
满足要求。对一个单级涡轮，可以在短短数十秒内完成性能判断。作
为一款快速的涡轮机械准三维性能评估工具，ANSYS Vista TF已经成
为3D CFD分析的有益补充。
ATM方法自动调整网格质量 TurboGrid网格划分数目参数化
ANSYS Vista TF
CFX和Vista TF计算的轴面速度图
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瞬态叶栅列模型（TBR）
ANSYS CFX瞬态叶栅列模型有两种，Time Transformation和
Fourier Transformation，可以以单通道或双通道网格完成非等
栅距的瞬态分析，一方面较传统叶片约化方法来说，大大减少了
计算网格数量，另一方面计算获得的结果精确可靠。
Time Transformation(TT)：基于时间延迟方法解决非等栅距问题 全隐式，支持湍流模型
随时间的转换方程，Pitch-ratio 限制在 0.6到1.5之间。
Fourier Transformation(FT):比TT方法收敛的慢，但是比全周模型的速度快在pitch-ratio 或
可压缩性方面没有限制。
瞬态叶栅列模型的主要应用如下所示：
ANSYS CFX
单级轴流 单级径流 多级轴流
阵风（入口扰动）
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修正质量流量边界方法
Exit-corrected mass flow 边界条件在CFX旋转机械
计算方面是一个很好的补充。 之前，使用者依据已给
的计算工况需要设置不同的边界条件类型，在接近失
速工况时定义流量边界，接近阻塞工况时定义压力边
界。这将使设置变得复杂化（尤其是自动的脚本），
不但要改变边界条件值，还要改变边界类型。新的边
界条件和原来的边界的一致性在图中所示，预测的
效率误差不超过0.03%，预测的质量流量误差不超过
0.23%。
流固耦合（FSI）基于workbench的叶片在气流载荷下的应力分析
流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用，变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。变形或运动又反过来影响流，
从而改变流体载荷的分布和大小。ANSYS的结构和流体求解器之间互相传递荷载数据并且这种数据交换是内部自动建立的，无需第三
方的耦合软件。
叶片气流弯应力
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基于模态分析定义好的叶片的运动 叶片运动引起的流场压力脉动
叶片颤振分析
在模态分析中定义叶片的固有频率和它的模态振型，在流场模拟中，基于模态分析来定义叶片的运动，评估系统稳定性，预测叶片是
否会发生颤振。
强迫响应
作为叶片颤振的补充（模态分析的结果过去习惯于来定义叶片
的运动），现在可以支持强迫响应分析。CFX的模拟可以直接
导出在频域内的压力场的实部和虚部，然后直接作为ANSYS
Mechanical的载荷直接使用。
CFX的瞬态模拟导出压力载荷到MAPDL进行预应力模态叠加法
强迫谐响应分析。
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