更快发现更优设计

能源和电力模拟仿真系统

工业机械制造商一方面需要满足对经济适用能源日益增长的需求,另一方面需要遵守更严格的政府法规,为此他们不得不面临双重挑战。幸而,他们可以依靠 STAR-CCM+ 和设计探索开发出性能更好、更高效和更耐用的产品。

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促进性能提升

了解多学科模拟仿真和设计开发如何帮助解决能源行业必将面临的最严峻挑战。

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STAR-CCM+ 为发电产品在实际运行工况下的足实尺度尺 CFD 模拟提供了最佳的方法,同时也打开了获得更高效、更稳健和更耐用设计的大门。

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在模拟使用天然气、气体混合物、合成气、液体燃料或煤炭的电厂机械所生产的电能时,STAR-CCM+ 可精确预测流速和压降以最大限度提高效率和可靠性;还可预测流动相关温度和系统级热性能以避免出现热点、热应力和疲劳;最后,还可预测包括复杂化学反应在内的燃烧特性,以管理火焰动力学并减少排放。

更好的模拟造就性能更出色的反应堆。 STAR-CCM+ 提供强大的稳态/非稳态流模型以及复杂的湍流、传热和沸腾模型,用于执行临界热通量(CHF)预测、冷却时间安全模拟,反应堆热工水力模拟,无限制的设计探索以及不确定性量化分析。

在生产高效水泵、水泵水轮机、抽水蓄能系统、海洋水动力(MHK)装置以及水轮机(弗朗西斯水轮机、卡普兰水轮机以及培尔顿水轮机)时,无论其是在最佳效率点(BEP)运行还是在全工况下运行,STAR-CCM+ 都可以精确预测液压流(包括液压流通过小间隙的重要影响)、压头、压力脉动、振动、再循环和泄漏以及空化的可能性。

在利用可再生能源时,STAR-CCM+ 可模拟单个风力涡轮机的空气动力学以及机舱冷却所需的热管理,通过了解湍流尾流和地形作用对年发电量(AEP)的影响,优化风力发电厂中多个风力涡轮机的布局。同时,预测与海上风力涡轮机相关的波浪效应、系泊策略和平台动力学,模拟直接太阳能蒸汽(DISS)发电系统。

深入探究

能源与电力机械的加速创新需求刺激了多学科模拟的发展

成本高昂的物理试验和过度简化的计算促使了高保真多学科模拟仿真技术的崛起,用以提高机器效率和可靠性并减少排放。

随着全球对能源的需求不断增加,各国开始寻求自己独特的能源组合,对化石燃料、核能和可再生能源进行合理搭配。 共同目标:生产充足的能源同时取得环境可持续性、技术可行性和经济可行性之间的平衡。 寻找这样的折中方案是能源和电力设备制造商创新的主要推动力。

更快更优设计

我们在能源和电力行业的客户通常表示,他们希望发电机械设备拥有最高的效率,因为即使是效率的小幅提升也会为制造商、制造商的客户以及全球的能源消费者带来巨大的经济效益。
 
此外,他们还希望机械设备能具备最大的可靠性、耐用性、安全性和燃料灵活性,同时还能保证最少的排放、振动、热点和噪声。
 
但问题是,为了开发性能更好的机械设备,几乎总是要权衡取舍。 比如,更高的运行温度(可提高部分发电装置的效率如燃气轮机)通常与更高的排放(NOx 氮氧化物)直接相关。



​搭配 Optimate+ 或 HEEDS 工具模块的 STAR-CCM+ 可以帮助能源和电力工程师平衡这些目标,并通过提供以下功能确定可接受的折衷方案并更快发现更优的设计:

  • 更优的过程自动化 通过对包含复杂 3D CAD 几何图形的真实系统进行强大的网格划分,高效地预测多个设计变体的性能表现
  • 快速模拟输出 基于高效的瞬态计算,出色的方案扩展、高效的许可以及对异构计算环境的有效管理
  • 更高保真度的模拟 比如涉及多相流、燃烧、谐波平衡或流体和固体间耦合或共轭传热(CHT)集成计算的模拟
  • 更智能的设计探索 通过自动化的全局和本地搜索
  • 完整的灵敏度和稳健性评估

 

能源与电力行业中的部分 CFD 应用

  • 涡轮机械和旋转系统

包括燃气轮机、蒸汽轮机、水力涡轮机、潮汐涡轮机、水泵、压缩机、风扇和风机、风力涡轮机等。
在水泵和水力涡轮机应用中,STAR-CCM+ 可精确预测压力(压头),特别是净正吸入压头(NPSH)以及流动分离和再循环、空化与空蚀。 在燃气轮机中,叶片冷却是提高效率同时保持可靠性和使用寿命的设计要点。

  • 燃烧与加热/冷却

包括燃烧器、熔炉、燃气轮机燃烧室、锅炉、窑炉、流化床、燃气热水器、液冷或空冷换热器(或空冷器)以及热回收蒸汽发生器(HRSG)等。 对于这些系统,STAR-CCM+ 可预测燃烧效率、燃料混合效率/均匀性、火焰稳定性、最高温度、温度均匀性、热/冷流体混合、空气/燃料混合、燃烧完全性以及 CO 和 NOx 排放。

  • 辅助系统和电厂辅助设施(BOP) 

包括煤处理和分离装置(例如粉碎机、分级器、旋风分离器)、过滤器如袋滤室、入口和出口/排气、扩散器、管道和转向叶片、减排装置如 SCR、消音器和其他降噪装置等等。
对于这些系统,STAR-CCM+ 可用于克服与流动均匀性、压力损失、过量噪声或分离器效率相关的挑战。

  • 发电机与变压器

对于这些系统,STAR-CCM+ 可帮助设计有效的热管理策略,防止过热现象出现。

案例研究

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