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作为高转速、大功率、系统集成化设备，燃气轮机研发过程中常涉及到结构强度、振动、寿命、气动热力、燃烧、多相流等工程问题。这些工程问题很多都可以通过CAE仿真分析得以有效解决。

现代燃气轮机设计对CAE分析的要求呈现出三大趋势：

一是对仿真分析的精度要求越来越高;

二是需要分析的对象越来越庞大和复杂，多是系统级分析;

三是对多物理场耦合分析尤其是流、固、热耦合分析的需求越来越多。

安世亚太公司基于在燃气轮机行业的经验积累，通过全面ANSYS仿真工具组合、集成的多物理场仿真，提供燃气轮机综合仿真解决方案，助力用户解决燃气轮机产品设计中面临的复杂工程问题。

CAE仿真技术解决燃气轮机研发过程中常见的工程问题，包括：

1.燃气轮机的强度、刚度问题

支承及传力框架、机匣、附件设备等对保形及刚度的校核;

叶片、轮盘等重要构建的前期分析;

叶片、轮盘、涡轮、燃烧室、喷管等设备材料非线性分析;

叶片榫头与轮盘榫槽、叶片围带、轴承内等装配接触应力分析;

燃气轮机结构设计中需要获得结构件的应力和变形。CAE软件可以帮助解决在不同的工况条件下，结构零部件的强度、刚度及稳定性校核问题。

2.燃气轮机动力学问题

叶片在静止和旋转预应力状态下的固有模态计算;

整个燃气轮机系统在静止和旋转预应力状态下的固有模态计算;

叶片、转子系统不平衡响应、支承系统及整机的谐响应分析;

飞机传给发动机的复杂载荷谱分析;

转子动力学分析;

ANSYS仿真技术为燃气轮机的各种零部件动力学分析提供了非常完善的手段，可综合考虑各种影响动力分析的因素，为准确地进行模态、谐响应、转子动力学等响应分析提供了可靠的保障。

3.燃气轮机非线性冲击问题

板成型、叶片成型、锻压过程模拟;

涡轮叶片包容性、抗异物、鸟撞损伤计算;

ANSYSLS-DYNA带有冲压模型，通常有冲头、底模、压板、板料几大部分可以考虑回弹、起皱等现象。综合运用这些功能，板筋件、叶片等部件的成型，提高精度、效率和降低成本。

燃气轮机疲劳寿命及断裂力学问题

压气机叶片、管路系统、轴及传动系统高周疲劳寿命分析;

涡轮叶片、轮盘、燃烧室低周疲劳寿命分析;

ANSYS以其专用高级疲劳分析程序Mechanical、ANSYSNcode为主的疲劳寿命分析能力为燃气轮机各种零部件的各种方式的疲劳寿命、断裂力学计算提供非常完善的工具。

4.燃气轮机气动热力分析

进气道与风扇气动性能分析;

单级/多级压气机气动计算;

单级/多级涡轮气动计算;

动静叶片干涉问题及非定常流气动分析;

可以利用ANSYSCFD软件的瞬态转静干涉模拟功能来准确预测多级涡轮的流场分布、温度分布和压力变化过程，以及总体效率。

5.燃气轮机拓扑/形状优化设计

叶片型线优化设计;

叶片、轮盘等高速旋转的关键部件减重优化;

6.燃气轮机燃烧及冷却问题

燃烧室燃烧分析;

燃烧室喷嘴结构设计优化;

燃烧室冷却分析;

燃气轮机涡轮叶片冷却问题;

利用CFX的拉格朗日多相流和欧拉多相流技术可以分析烟气、碳粒子的形成和运动轨迹，多组份流体的传输扩散过程。利用CFX的SST湍流模型可以模拟含分离、漩涡的复杂流场，结合CFX的二阶精度处理，将有更高精度的结果，可以与试验进行对比，从而改进冷却方式的设计。

7.燃气轮机多物理场耦合问题

风扇和压气机叶片的气动-结构耦合分析;

涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室以及喷管的气动-热-结构耦合分析;

ANSYS结构分析与CFX实现了非常直接的单向和双向耦合计算能力，使得ANSYSCFX流体分析和ANSYSStructural结构分析的功能相互都获得了极大的拓展。

8.其他(噪声、多体动力学)

起落架噪声分析;

涡轮表面噪声预测。

（本文来源：安世亚太）

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