本发明专利技术公开了一种基于知识库数据统一管理的透平机械CEA集成平台，系统分析模块、一维中线模块、几何模块、二维通流模块、三维CFD分析模块、FEA有限元分析模块、知识库模块，一维中线模块与系统分析模块相连，几何模块与一维中线模块相连；二维通流模块与几何模块相连，三维CFD分析模块与几何模块相连；FEA有限元分析模块与三维CFD分析模块相连，知识库模块用于对系统分析模块、一维中线模块、几何模块、二维通流模块、三维CFD分析模块、FEA有限元分析模块实现设计数据的积累、存储、分析、显示、管理和再使用。本发明专利技术具有专业化程度高、综合性能好、可靠等优点。
【技术实现步骤摘要】
基于知识库数据统一管理的透平机械CEA集成平台
本专利技术涉及透平机械分析设计领域，具体来说是一种基于知识库数据统一管理的透平机械CEA集成平台。
技术介绍
透平机械是当今最重要的能源动力装备，主要包括燃气轮机、航空发动机、涡轮增压器、蒸汽轮机、压缩机等，在国防军事、能源动力、装备工业等多个领域有着广泛的应用，代表着国家工业的总体水平。透平机械的核心原理是通过旋转叶轮实现流体和转子之间能量的相互转换，其设计开发融合了热力学、气体动力学、固体力学、传热学等多学科多
的先进成果，是一项多学科交叉、高度复杂的综合性系统工程。上世纪70年代以来，随着计算机辅助工程（CAE）技术的迅速发展，以计算机仿真分析为核心的设计软件已逐步成为透平机械设计的主要工具，在业界得到了非常广泛的应用。CAE技术起源于上世纪50年代的有限单元法（FEA），最初应用于航空航天等领域，用于数值解决结构分析、固体力学问题，经过数十年的发展，已经扩展至虚拟建模、多学科仿真模拟、数字化制造、设计优化等工业界各个领域，为装备制造业设计提供了贴近工程实践需求、功能强大的智能化工具；目前，CAE技术已经在机械工业、航空航天、汽车、土木工程等各个领域得到了广泛应用，已经可以相当准确的模拟出诸如复杂三维流动、高速碰撞、颤振、电磁等十分复杂的物理过程。采用CAE技术，可以大大缩短产品和工程设计研发周期，降低设计研发成本。CAE技术是工业装备和产品数字化创新设计、制造的核心技术，是提高企业核心竞争力的关键技术，是国防和军工装备研制的战略技术。某些发达国家甚至认为，CAE软件“是有别于其他任何软件、而服务于国家利益的软件”。发达国家的实践说明，一个国家要有自主开发的国防、运输设备、动力能源机械、电子电器、装备等高新技术，要有具备自主知识产权的各类重大工业装备产业能力，必须要有功能强大、自主可控的CAE软件作为数字化、信息化、智能化的重要支撑。经过数十年的发展，美国、欧洲等发达国家已经形成了功能强大、商业化、规模化的CAE技术能力，打造出了FLUENT,STAR-CCM,CFX,FINE/Turbo,ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、UG、Pro-E等一系列CFD、FEA、CAD核心产品，这些软件具有良好的核心仿真计算能力、通用性的前后处理界面、良好的用户交互系统以及完善的外部文件接口，并适用于各类计算机平台。通过不同行业的大量实际算例的反复验证，其解决复杂问题的能力和效率已经得到学术界和工业界的公认，有些产品成为公认的CAE工业标准，获得各种权威机构的质量认证，在北美、欧洲和亚洲一些国家的机械、化工、土木、水利、航空航天、冶金、电气工业等许多领域得到了广泛的市场应用，并逐步发展为多模块集成化、工程服务一体化的软件。我国的CAE技术几乎与国外同时起步，然而几十年来走过了一条“几起几落”的曲折艰难发展之路：停滞期：在起步初期，因为政治社会环境的影响、以及计算机硬件条件的限制，直到改革开放前，都始终处于完全停滞的状态，仅有零散的一些理论成果。发展期：改革开放新时期之后，我国CAE技术迎来了发展的良好机遇，在学界的引领和努力下，出现了一批JIGFEX、DDJ、COMPASS等具有自主知识产权的CAE软件，这些软件与国外同期产品相比，具有诸多的技术特色，在国家工业发展和工程设计中发挥了重要的作用，应用广泛。困难期：90年代以来，国家加大开放力度，大批国外CAE软件涌入中国市场，加速了CAE技术在国内的推广，客观上显著提高了我国装备制造业、工程设计方面的水平。与此同时，国内CAE软件开发和应用受到了强烈挑战。特别是盗版国外软件的泛滥，对我国自主开发的CAE软件打击很大。国家各方面都认为CAE软件开发要走市场化的道路，经费支持也大幅减少，国内CAE软件开发在人力、物力、财力上都聚到了很多困难，至今仍处于艰难发展的状况。经过上述发展历程，目前我国在CAE设计软件方面严重依赖国外产品，CFD、FEA、CAD等核心软件几乎都被国外相关公司所垄断，ANSYS、ABAQUS、Pro-E等国外成熟的CAE商用软件在国内市场大行其道；而我国目前市场化、规模化、具有自主知识产权的相关设计软件几乎空白，且严重缺乏发展技术基础。各重要工业领域的核心工程设计和应用软件受制于人，我国工业信息化、数字化、智能化严重缺乏本土化、自主化、可控化的CAE软件作为核心枢纽。透平机械作为国防和工业发展的重要领域，其设计分析兼具通用性和特殊性两大特点。通用性主要体现在作为典型的工业集成产品，透平机械的设计涵盖了多学科领域、多技术方向，以流体力学、固体力学、转子动力学、造型建模等通用分析设计技术为基础；特殊性主要来源于其特有的工作原理和设计方法流程，如一维中线分析、二维通流分析、结构强度/流体力学耦合分析、多学科综合优化设计等等，同时在透平机械设计技术的长期发展过程中，积累了大量的设计经验和各方面的分析模型，这些经验模型的积累和合理应用已经成为决定设计水平的核心因素。然而，目前市场上的商用软件大都分别聚焦于某一学科领域的通用性分析，难以满足透平机械设计多学科交叉、多领域集成、迭代分析优化、大量设计经验模型等特殊需求。反观GE、罗罗、西门子等透平机械领域的跨国巨头，都基于商业及内部软件，开发出了面向自身产品设计的集成化核心设计软件体系。目前专业设计软件体系的缺失已经成为制约我国透平机械设计技术发展的显著瓶颈和软肋。现有的软件普遍存在以下缺陷：(1)、透平机械设计个设计模块软件孤立，不同软件只能针对设计某个单独步骤或几个步骤，数据在各个软件间传递易失真、设计软件碎片化、设计可靠性差；(2)、通用软件臃肿，费用高昂、专业性差；(3)、一般软件不具备用户设计经验积累、设计知识管理功能。目前，我国面临着透平机械特别是高端透平机械设计技术和产业大发展的关键时期。国家“十三五”规划、《中国制造2025》等纲领性文件中都明确将高端装备制造业列为发展重点领域。与此同时，国家两机（“航空发动机和燃气轮机”）重大专项呼之欲出。依托国家级产业发展规划和技术攻关历史使命，国内专业化的透平机械CAE软件面临着空前的发展机遇和良好的市场前景。本专利技术将直接面向包括航空发动机、燃气轮机、工业压缩机、涡轮增压器、各式动力和发电涡轮等在内的透平机械行业，基于透平机械设计优化全流程需求，开发专业化、集成化、可定制化和智能化的透平机械设计CAE系统平台：TURBOTIDES。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的智能化程度低、专业化程度低、可靠性差的缺陷，提供一种基于知识库数据统一管理的透平机械CEA集成平台来解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术公开了一种基于知识库数据统一管理的透平机械CEA集成平台，包括：系统分析模块、一维中线模块、几何模块、二维通流模块、三维CFD分析模块、FEA有限元分析模块、知识库模块，其特征在于：所述的系统分析模块用于进行概念设计、可行性分析、热循环分析、选型设计和分析，为透平机械部件具体设计提供设计工况热力学参数；所述的一维中线模块与系统分析模块相连，在系统分析模块分析结束后，进入一维中线模块，所述的一维中线模块用于根据用户设计要求提供初步几何设计方案，在分析模式下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于知识库数据统一管理的透平机械CEA集成平台，包括：系统分析模块（1）、一维中线模块（2）、几何模块（3）、二维通流模块（4）、三维CFD分析模块（5）、FEA有限元分析模块（6）、知识库模块（7），其特征在于：所述的系统分析模块（1）用于进行概念设计、可行性分析、热循环分析、选型设计和分析，为透平机械部件具体设计提供设计工况热力学参数；所述的一维中线模块（2）与系统分析模块（1）相连，在系统分析模块（1）分析结束后，进入一维中线模块（2），所述的一维中线模块（2）用于根据用户设计要求提供初步几何设计方案，在分析模式下，采用单点和多点计算，对设计工况和非设计工况下的流道各部件和整机性能进行预测，并根据不同应用的具体特点，为用户提供多种经验模型选择；所述的几何模块（3）与一维中线模块（2）相连，所述的几何模块3基于Open Cascade全三维图形处理引擎，采用了VTK加速渲染和实时渲染技术，利用一维中线求解结果数据，生成三位几何模型，同时，为用户实现三维交互设计能力；所述的二维通流模块（4）与几何模块（3）相连，所述的二维通流模块（4）通过求解子午面欧拉方程和模拟叶片力求解各站点的速度和热力学参数，兼具分析模式和设计模式，在分析模式下，根据已有几何模型，自动生成通流分析网格，然后通过求解二维欧拉方程，应用叶片力模型和经验模型求解二维流场的速度和热力学参数，在设计模式下，根据用户提供的控制目标条件，调整叶片形状，并计算相关的二维流场；所述的三维CFD分析模块（5）与几何模块（3）相连，所述的三维CFD分析模块（5）用于进行三维流场分析，可由几何CAD 模型自动生成结构或非结构网格，可模拟主流道和分支流道，采用CFD技术，可求解从不可压到不同马赫数的可压缩流；所述的FEA有限元分析模块（6）与三维CFD分析模块（5）相连，所述的三维CFD分析模块（5）的求解结束后，所述的FEA有限元分析模块（6）利用有限元数值方法进行应力应变，热应力和振动模态分析，由CAD模型自动生成非结构网格，同时可从流体计算结果自动设置相关边界条件；所述的知识库模块（7）用于对系统分析模块（1）、一维中线模块（2）、几何模块（3）、二维通流模块（4）、三维CFD分析模块（5）、FEA有限元分析模块（6）实现设计数据的积累、存储、分析、显示、管理和再使用。...
【技术特征摘要】
1.一种基于知识库数据统一管理的透平机械CEA集成平台，包括：系统分析模块（1）、一维中线模块（2）、几何模块（3）、二维通流模块（4）、三维CFD分析模块（5）、FEA有限元分析模块（6）、知识库模块（7），其特征在于：所述的系统分析模块（1）用于进行概念设计、可行性分析、热循环分析、选型设计和分析，为透平机械部件具体设计提供设计工况热力学参数；所述的一维中线模块（2）与系统分析模块（1）相连，在系统分析模块（1）分析结束后，进入一维中线模块（2），所述的一维中线模块（2）用于根据用户设计要求提供初步几何设计方案，在分析模式下，采用单点和多点计算，对设计工况和非设计工况下的流道各部件和整机性能进行预测，并根据不同应用的具体特点，为用户提供多种经验模型选择；所述的几何模块（3）与一维中线模块（2）相连，所述的几何模块3基于OpenCascade全三维图形处理引擎，采用了VTK加速渲染和实时渲染技术，利用一维中线求解结果数据，生成三位几何模型，同时，为用户实现三维交互设计能力；所述的二维通流模块（4）与几何模块（3）相连，所述的二维通流模块（4）通过求解子午面欧拉方程和模拟叶片力求解各站点的速度和热力学参数，兼具分析模式和设计模式，在分析模式下，根据已有几何模型，自动生成通流分析网格，然后通过求解二维欧拉方程，应用叶片力模型和经验模型求解二维流场的速度和热力学参数，在设计模式下，根据用户提供的控制目标条件，调整叶片形状，并计算相关的二维流场；所述的三维CFD分析模块（5）与几何模块（3）相连，所述的三维CFD分析模块（5）用于进行三维流场分析，可由几何CAD模型自动生成结构或非结构网格，可模拟主流道和分支流道，采用CFD技术，可求解从不可压到不同马赫数的可压缩流；所述的FEA有限元分析模块（6）与三维CFD分析模块（5）相连，所述的三维CFD分析模块（5）的求解结束后，所述的FEA有限元分析模块（6）利用有限元数值方法进行应力应变，热应力和振动模态分析，由CAD模型自动生成非结构网格，同时可从流体计算结果自动设置相关边界条件；所述的知识库模块（7）用于对系统分析模块（1）、一维中线模块（2）、几何模块（3）、二维通流模块（4）、三维CFD分析模块（5）、FEA有限元分析模块（6）实现设计数据的积累、存储、分析、显示、管理和再使用。2.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：李健，叶自强，邱徐文，
申请(专利权)人：合肥市太泽透平技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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