某高端动力装备制造商在设计一款新型甲烷燃烧室时，面临严峻的技术挑战：燃烧过程产生的高温高压环境可能导致燃烧室金属壳体过热、产生巨大热应力，进而引发结构变形甚至失效。客户急需在实物试制前，精确预测燃烧室的综合性能，以确保产品的安全性与可靠性。
精准预测燃烧室内复杂的化学反应流场（温度、速度分布）。
量化评估高温燃气对燃烧室壁面的热载荷。
全面分析金属燃烧室在热载荷下的应力分布、变形情况，进行强度校核。
诊断设计风险，为优化燃烧室结构、选材与冷却策略提供科学依据。
我司凭借在多物理场耦合仿真领域的深厚经验，采用 ANSYS Workbench 平台，为客户提供了从流体燃烧到结构响应的端到端解决方案。
1. 高保真燃烧流场仿真 (CFD)
模型建立：基于客户几何，精确构建了包含燃料/空气入口、燃烧区域及出口的三维流体域。
化学反应建模：采用非预混燃烧模型与详细的甲烷-空气化学反应机理，真实模拟了湍流燃烧过程。
精准计算：通过瞬态求解，获得了燃烧室内的温度场、速度场以及产物（如CO₂）浓度分布，精准揭示了火焰结构和高温区域。
2. 单向流固热耦合分析
数据传递：将CFD计算得到的高精度壁面温度场，作为热边界条件，无缝传递至稳态热分析模块。
温度场求解：计算得到金属燃烧室在真实热载荷下的三维温度分布，精准定位过热风险区域。
热应力与变形分析：将温度场导入静力学结构分析模块，在施加机械约束后，求解出燃烧室的热应力（Von Mises Stress） 与热变形（Total Displacement）。
通过系统的仿真分析，我们为客户提供了至关重要的设计洞见：
流场与温度场：成功再现了燃烧室内复杂的流态与燃烧过程，明确了最高温度区域。
结构风险定位：仿真结果显示，在特定工况下，燃烧室局部区域最大热应力达到538MPa，已超过普通结构钢的屈服极限，存在塑性变形风险。
变形预测：获得了燃烧室的具体变形量与变形模式，为评估其对周边部件的干涉风险提供了依据。
优化方向明确：基于分析结果，我们为客户提出了三项关键优化建议：
几何优化：增加燃烧室长度，扩大中部圆孔直径，以改善流场，降低峰值温度。
材料升级：更换为耐高温合金材料，以提升基材在高温下的强度。
热管理设计：为进一步引入冷却设计（如冷却夹套、隔热涂层）提供了理论依据。
规避重大风险：在设计阶段提前发现并定位了结构过热与应力超标问题，避免了可能发生的实物测试失败及巨额研发损失。
缩短研发周期：通过仿真驱动设计，大幅减少了“设计-试制-测试”的迭代循环，将产品上市时间缩短了约40%。
降低开发成本：以数字化样机替代了多轮物理样机的试制与试验，节约了超过50%的研发成本。
增强设计信心：基于全面、精确的多物理场数据，客户对其设计的极限性能有了清晰认知，决策更加科学、自信。
先进的耦合仿真能力：精通流体-热-结构单向耦合全流程，确保数据传递的准确性与分析的可靠性。
复杂的化学反应流模拟经验：熟练掌握燃烧、组分传输等高级CFD模型，能够真实再现工程中的复杂反应过程。
深厚的工程问题转化能力：善于将客户模糊的工程关切（如“是否安全”）转化为具体的仿真任务与可量化的评判指标。
面向设计的解决方案：不仅提供问题诊断，更能提供清晰、可行的优化路径与设计改进方案。
