杭州汽輪機股份有限公司，是我國最大的工業汽輪機制造公司。是國內工業汽輪機研究和生產重要基地，也是國內唯一能按用戶的特殊需要，非標準設計制造工業汽輪機的廠家。
公司于2006年開始接觸ANSYS固體力學有限元軟件以及CFX計算流體力學軟件，ANSYS主要用于旋轉機械的葉片、轉子等部件的強度、氣流彎應力的分析以及缸體強度校核、變形分析，CFX主要用于進行汽輪機工作中的氣動計算，分析其流場分布、瞬態速度、汽流激振力等。除分析現有機組的特性外，還利用仿真軟件進行相應的優化設計，使機組能夠更好的滿足用戶的要求。
一體化設計平臺助力企業研發
一個產品的研發，是一個系統的工程，它涉及到多學科方方面面的內容，需要建立一整套的“設計、分析、評估”體系，這就需要建立一個能夠容納整個體系的技術平臺，只有有了這樣的一個平臺，才能更好地利用設計數據庫，才能更有效地提高技術開發的效率和能力。表1給出了開發平臺體系的學科構架。
表1 開發平臺體系的學科構架
目前，仿真軟件已經成為公司研發過程中的必備手段，能有效提高機組的性能設計工作效率。例如在低壓級組葉片開發過程中，對于初始設計更多地需要依靠已有的工程經驗和行業內的快速設計方法，在此基礎上發揮CAE技術的優勢，進行全三維的結構設計、分析和優化。其中幾何造型、結構設計優化和強度振動分析采用了Ansys-Bladegen、Ansys-Workbench和Ansys-Classic等商業軟件，而流場的分析和優化以及流固耦合技術則采用了CFX及其子模塊Turbosystem。通過對級組進行結構和氣動的分析和優化，結合已有葉型庫和行業內的強度、振動和安全性的評價準則，綜合判斷級組的安全性能。圖1為以低壓級組葉片為對象的開發體系具體流程圖。
圖1 低壓級組葉片的開發體系具體流程圖
以低壓級組葉片為例詳細介紹企業仿真技術的應用。圖2和圖3給出了杭州汽輪機股份有限公司某低壓葉片級組的末級葉片的實體圖和截面示意圖，圖4給出了各截面的相對位置示意圖。應用Bladegen軟件將葉型各截面進行參數化處理，可方便提取出葉片各截面的特性參數，圖5給出了壓力面吸力面方法擬和后的葉型，圖6給出了各截面厚度沿葉高分布圖，圖7給出了葉型各截面中弧線示意圖，圖8給出了葉片各截面面積沿葉高的分布，圖9給出了葉型各截面幾何進口角和出口角沿葉高的分布。根據這些截面屬性可以很好地把握葉型的強度振動和氣動性能，為之后的葉片改型提供了依據。
圖2 葉片實體圖 圖3 葉片截面示意圖 圖4 葉片各截面相對位置示意圖
圖5 葉型表示形式（Bezier 曲線、背弧；Spline 曲線、內�。�
圖6 某末級葉片各截面厚沿葉高分布圖 圖7 某末級中弧線走向示意圖
圖8 某末級葉片面積度沿葉高分布圖 圖9 某末級進口角出口角沿葉高分布圖
圖10 低壓葉片級組的氣動分析
目前，公司已經建立了一個以葉片開發為中心涵蓋工業汽輪機各個部件的企業型一體化設計平臺，本平臺不僅能夠用于葉片通流設計和開發，還可以應用于工業汽輪機其他各部件的設計、分析和開發中。
仿真體系建設，還需繼續努力
在仿真軟件使用過程中，也存在一些困惑難以解決。首先，這類軟件都是通用軟件，針對汽輪機、燃氣輪機的功能不夠完善，特殊問題很難通過軟件的幫助文件來解決；其次，仿真人員對軟件內核的理解較少、很多設置都是參考教程或其他已有的算例，對功能設置的原理、運行機制以及設置的原因不夠了解，導致對復雜結構的計算結果不能得到100%的信任。
企業在開展仿真應用的過程中，比較重視仿真知識的管理，包括仿真軟件的使用、原理等經驗知識的記錄和傳承，在一定的使用和開發經驗基礎上，計劃建設完善的仿真流程管理體系并盡量集成各個學科，從而使各學科之間的數據交換、流通處于同一平臺，從而減小數據傳遞過程中出現的誤差和信息缺失。
公司在人員、專業方面的建設是比較成功的，但對整個CAE仿真體系的建立還有一定的欠缺，主要有以下方面：首先對仿真數據的傳遞、管理工作缺少相關的經驗；其次是對仿真知識雖有積累但沒有完整搭建公司自有的知識傳承體系；第三是計算資源有限，很多大型算例缺乏有效的方法進行計算，個人計算機的配置雖然有所提升但沒有有效的形成聯合計算平臺。
針對這些方面目前公司還是計劃以充分、有效的利用現有計算資源，建立聯合計算或云計算平臺為基礎，同時培養專人以加強公司整個CAE仿真流程的管理和數據傳遞，并在流程管理的過程中對存在的問題和解決方法進行記錄并編寫相應的解決手冊，爭取培養出既有深度又有廣度的CAE仿真專家。
后記
本文根據杭州汽輪機股份有限公司工業透平研究院隋永楓先生的采訪內容整理而成�？傮w而言，大部分的企業側重仿真技術的應用，對仿真體系建設有一定認識，也正在努力建設一個完整的體系，但體系的建設涉及到仿真數據管理、仿真流程管理、多學科集成、仿真模板建設、仿真知識管理、仿真云計算平臺、仿真軟硬件資源管理等諸多方面，建設過程毋庸置疑是艱難的。
中國企業從引進仿真技術也已經獲得了大量的技術積淀，具備了一定的仿真能力，相信隨著仿真技術的發展，越來越多的企業會認識到仿真體系的重要性。
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本文標題：“革命”尚未成功，企業還需努力
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