基于CAD/CAE集成技术的抽水蓄能电站进出水口水力设计智能计算平台开发与应用

针对抽水蓄能电站(PSPS)侧式进出水口结构设计中存在的3D建模效率低、数值模拟流程复杂、结果依赖经验等问题，研究人员开发了基于CAD/CAE集成技术的水力计算智能平台。该平台整合AutoCAD.NET参数化建模与PyFluent协同仿真技术，实现几何建模-网格划分-模拟分析全流程自动化，计算效率提升57%以上，为储能设施组件设计提供了创新解决方案。

　　

随着全球能源结构向可再生能源转型，抽水蓄能电站(PSPS)作为大规模储能解决方案的重要性日益凸显。这种"绿色蓄电池"不仅能有效平衡电网峰谷负荷，更承担着全球94%以上的储能容量。然而，作为PSPS"咽喉"的侧式进出水口结构，其设计优化面临严峻挑战：双向水流特性导致水力性能优化复杂，传统CAD与CAE割裂的工作流程造成建模效率低下，数值模拟过程严重依赖工程师经验，往往需要反复修改重算，成为制约储能效率提升的关键瓶颈。

为突破这一技术壁垒，中国某研究机构团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，创新性地开发了基于CAD/CAE深度集成的智能计算平台。该平台采用三大核心技术：1)基于AutoCAD.NET的二次开发实现参数化建模；2)通过PyFluent构建协同仿真系统；3)采用内存数据管理与TCP传输机制确保大规模数据处理效率。研究选取WH、QY、SZ三个实际工程案例进行验证。

研究结果显示，Geometry Building模块通过"InletOutletGenerator"类实现全自动三维建模，将传统数天的建模过程压缩至分钟级。Simulation Mechanism模块采用SST k-ω湍流模型进行双向流仿真，速度场与压力场计算结果与物理模型试验误差小于5%。Results Feedback模块通过动态优化算法，使扩散段长度等关键参数迭代效率提升3倍。典型案例分析表明，平台可将传统方法57小时的计算时长缩短至24小时，且优化后的结构使水头损失降低12-18%。

该研究的突破性在于：首次实现PSPS进出水口设计全流程自动化，建立参数化建模规则库包含5大类23项几何约束；开发基于TCP协议的实时数据交换系统，避免STL/HDF5文件转换的延迟；创建包含3个典型工程案例的验证数据库。这些创新使设计周期缩短60%以上，为储能设施组件设计树立了新范式。正如讨论部分强调的，该平台不仅解决了CAD/CAE"数据孤岛"问题，其模块化架构更可拓展至其他水力机械设计领域，对推动能源存储技术智能化发展具有里程碑意义。