11 мая 2018

Оптимизация и анализ измерений промышленного вентилятора

Отрасль: Промышленное оборудование | Продукт: pSeven  | Компания: Bronswerk Heat Transfer

Задача

Вентиляторы Whizz-Wheel® компании Bronswerk Heat Transfer (BHT) применяются в различных видах промышленного оборудования: компрессорах воздушного охлаждения, теплообменниках с воздушным охлаждением и градирнях.

В данном примере инженеры компании BHT протестировали функционал pSeven на двух задачах:

  1. Оптимизация конструкции вентилятора Whizz-Wheel до полного соответствия требованиям заказчиков, а именно минимизация количества энергии, которую вентилятор затрачивает на достижение требуемого воздушного потока. Кроме того, специалистам компании требовалось быстро строить графики производительности различных вариантов конструкции, которые исследуются в процессе поиска новых сфер применения вентилятора. Результаты решения задачи с помощью pSeven сравнивались с результатами, полученными традиционным для BHT методом.
  2. Анализ и оценка результатов измерений производительности вентилятора.

Геометрия вентилятора Whizz-Wheel

1. Оптимизация вентилятора

Трудности

При поиске конфигурации вентилятора, оптимальной для того или иного технологического процесса, присутствует множество варьируемых конструктивных параметров. Возможных вариантов конструкции – сотни, а для построения графиков производительности каждого варианта требуется 200 точек измерения. Итого, для исследования всех возможных вариантов конструкции прямым способом требуется ~20 000 газодинамических расчетов.

Решение

Специалисты компании BHT должны были оптимизировать несколько параметров, чтобы найти минимум энергопотребления, необходимый для достижения заданного объемного расхода воздуха. Решение состояло из следующих этапов:

  • Создание CAD модели - PTC Creo Parametric
  • Создание газодинамической модели - FloEFD
  • Построение расчетной схемы - pSeven
  • Планирование Эксперимента (DoE) и оптимизация - pSeven
  • Оценка результатов

Для анализа взаимосвязи отдельных параметров конструкции и показателей производительности был применен модуль Планирования Эксперимента (DoE). Специалисты компании BHT высоко оценили представленную в pSeven возможность прямой интеграции имеющихся инструментов CAD/CAE в единую расчетную схему для проведения плана эксперимента.

Анализ зависимостей – построение модели, описывающей влияние каждого входного параметра на выходы, – показал, что только один параметр оказывает прямое влияние на энергопотребление вентилятора, тогда как остальные параметры существенно влияют друг на друга. Следовательно, поиск их оптимальной комбинации – это основная задача для достижения минимального энергопотребления.

Для изучения влияния параметров на оптимизируемый показатель был применен инструмент визуализации - Model Explorer. С помощью алгоритмов оптимизации на основе метамоделей (Surrogate-Based Optimization) была быстро найдена оптимальная конфигурация вентилятора.

В Model Explorer отображается влияние диаметра вентилятора, диаметра ступицы, угла установки лопастей и количества лопастей на заданную мощность

Результаты

Используя традиционные подходы, сотрудники компании BHT проводили более 40 газодинамических расчетов для нахождения оптимальной конфигурации. С помощью pSeven оптимальный результат был достигнут с экономией порядка 50 инженерных человекочасов. Оптимизированная конструкция потребляет на 5% меньше энергии для достижения требуемого воздушного потока по сравнению с конструкцией, полученной традиционным для компании методом оптимизации.

Число газодинамических расчетов, необходимых для создания графиков производительности каждого варианта конструкции, может в разы сократиться благодаря проведению Планирования Эксперимента.

2. Анализ и оценка результатов измерений производительности вентилятора

Трудности

Для измерения производительности вентилятора компания BHT производит измерения осевой скорости потока под вентилятором в нескольких точках по радиусу. Для получения качественных результатов требуется более 3000 измерений в каждой точке. Инженеры оценивают измерения только по возвращении на рабочие места. Компания BHT хочет оценивать результаты измерений и проверять производительность вентилятора непосредственно на площадке.

Решение

На основе полученных от BHT файлов данных по измерениям в pSeven была создана преднастроенная расчетная схема с интегрированными скриптами на языке Python, созданными ранее специалистами компании. В результате работы схемы получены графики нормального распределения для каждой области, в которой производятся измерения. Средние значения по каждой измеряемой области использовались для создания профиля скоростей по радиусу вентилятора.

Расчетная схема в pSeven для анализа и оценки результатов измерений

Результаты

Преимуществами применения pSeven являются дружественный интерфейс для организации взаимодействия между скриптами Python и визуализации результатов, а также широкие возможности поиска корреляций между условиями окружающей среды и производительностью вентилятора. Эти возможности позволяют автоматизировать анализ данных измерений и исследовать влияние различных погодных условий на производительность охлаждающих установок.

 

Frank van Sikkelerus, инженер-исследователь, Bronswerk Heat Transfer

LinkedIn
VK

Заинтересовало решение?

Нажмите, чтобы запросить бесплатную 30-дневную демоверсию.

Запросить демо