Fidelity Automesh应用案例-Opra Turbines：燃气轮机的气体扩散分析和防爆

作者：燃气轮机性能工程师 Darsini Kathirgamanathan 和首席燃烧工程师 Thijs Bouten - OPRA Turbines International BV

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OPRA Turbines 使用额定功率为 1.85 MWe 的 OP16 系列燃气轮机开发、制造、销售和维护发电机组。根据应用和要求，可以在 OP16 燃气轮机上安装不同的燃烧系统。燃气轮机发电机组采用集装箱式包装（如图 1 所示），包括 OP16 燃气轮机、燃料系统、发电机、控制系统、进气口和通风系统。

CFD 模拟是 OPRA 设计过程中不可或缺的一部分。仿真用于分析和优化各个领域内的流动，包括燃烧、涡轮机械和气体扩散分析。OPRA 一直在探索使用开源软件包 OpenFOAM 来补充商业 CFD 软件包。良好的网格对于执行 CFD 分析至关重要，而 OpenFOAM 受益于六边形网格。OpenFOAM 有多种开源网格划分工具，通常适用于简单的几何体。然而，由于有限的几何导入、非直观操作和有限的文档，这些网格划分工具很难用于真实（工业）几何。 

图1：OPRA的OP16燃气轮机发电机组

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“ Fidelity Automesh 网格划分工具 是 OPRA 的首选解决方案，因为它具有全六角和六角混合网格、自动网格划分和直接导出到 OpenFOAM。”

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Cadence 的网格划分套件已在 OPRA 的设计和 CFD 方法中实施，如图 2 所示。这些网格划分工具是 OPRA 的首选解决方案，因为它们具有全六边形和六边形混合网格、自动网格划分和直接导出到 OpenFOAM。Fidelity Hexpress 用于燃烧和气体扩散分析，Fidelity Autogrid 用于涡轮机械。

图 2：OPRA 的 CFD 模拟流程

以下案例研究展示了使用Fidelity Automesh进行 CFD 仿真。

项目介绍：

OPRA 已经为船上开发了 OP16 发电机组的船用版本。作为该项目的一部分，对 OP16 船用组件进行了气体扩散分析。OP16 船用发电机组将使用一系列具有显着不同气体成分和能量密度的燃料。外壳（包括气体系统）应确保防爆，以防气体泄漏，因为外壳通风空气和气体混合物可能形成 LEL（低爆炸极限）体积云，在存在点火源时可能会点燃。为确保外壳内的环境无危险，必须将气体检测器放置在正确的位置以识别最终的泄漏。作为外壳气体扩散分析的一部分，

CFD 研究中考虑的气体泄漏是可能发生在法兰、管件或管道小裂缝处的微小泄漏。确定气体系统中可能的泄漏位置以执行气体扩散分析，并在这些位置模拟小泄漏。CFD模拟分两步进行：首先，在指定边界条件下，泄漏气流与空气混合进行流动模拟。进行第二次模拟以捕获 LEL 体积云。后者的模拟是基于被动标量方法进行的。

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“良好的网格是成功运行 CFD 分析的基础之一。复杂的几何体可以通过 Fidelity Automesh 轻松划分网格并提供非常精细的网格。由于许多特征是自动化的，它为用户节省了大量时间来生成网格。此外，在 Fidelity Automesh中可以轻松修改 CAD 中对几何体所做的任何小改动 。”

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良好的网格是成功运行 CFD 分析的基础之一。Fidelity Automesh 网格划分工具用于对这个海洋包进行网格划分。封装具有复杂的几何形状，包括薄、小的表面、小孔和狭窄的管道。Fidelity Automesh 可以轻松地对像这样的复杂几何体进行网格划分，并提供非常精细的网格。由于许多功能是自动化的，因此可以为用户节省大量生成网格的时间。
此外，可以轻松修改对 CAD 中的几何形状所做的任何小改动。此功能帮助我们快速生成不同泄漏尺寸的网格。图 3显示了为其中一个气体泄漏创建的网格。 

图 3：由 Fidelity Automesh 创建的 OP16 船用发电机组封装网格

下面的图 4 显示了从 CFD 分析中获得的泄漏之一的 LEL 体积云。以红色显示的 LEL 体积云代表 100% LEL 体积云，以绿色显示的体积云代表气体检测器设定点将检测到的体积云。根据气体检测器设定点（以绿色显示）所需的体积云，定义了气体检测器的位置。如果外壳中有任何气体泄漏，放置在这些位置的气体探测器可确保检测到泄漏。  

Cadence 的网格划分套件显着缩短了我们的网格划分时间并提高了网格质量，从而实现了更好的 CFD 仿真。

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文章来源：cadence博客