基于动网格的冲焊型液力变矩器流固耦合分析

以液力变矩器冲焊型叶轮为研究对象,采用基于弹簧光顺动网格的流固耦合分析方法,计算叶轮强度和形变并分析其影响.分析表明:冲焊叶轮的变形量与应力值随时间产生小幅度波动;涡轮由于油液冲击,在入口处产生较大变形并在涡轮外环与涡轮毂连接处产生应力集中,所受变形与应力及其波动幅值随涡轮转速的升高而降低;泵轮受油液载荷影响的变形较小,主要在叶片出口处发生变形,应力分布较均匀.     

大功率调速型液力偶合器温度场分析

利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对大功率调速型液力偶合器工作腔温度场进行数值计算,为了证明YOCQZ465液力偶合器具有较好的换热能力,建立两个几何模型:一个是YOCQZ465型液力偶合器流道模型,另一个是假设泵轮和涡轮上没有进出油孔的流道模型,通过对两者的计算结果分析可知,在泵轮外环内缘和涡轮外环外缘上开进出油孔能够加快工作腔内液体与冷却油的热交换,使液力传动油的温度被控制在合理工作温度范围内。将YOCQZ465型液力偶合器工作腔温度场计算结果与试验数据进行对比,结果表明,液力偶合器工作腔温度场的计算结果与试验数据基本吻合,证明所使用的数值计算方法具有一定的可靠性。     

大功率限矩型液力偶合器耦合流场特性预测

为实现对大功率动压泄液式限矩型液力偶合器流场特性预测,有效指导偶合器产品设计,减少产品的开发周期和成本,以循环圆直径为560mm的动压泄液式限矩型液力偶合器为研究对象,分别对其在不同充液率、典型工况下的流场进行数值计算和分析.基于工作液体在偶合器工作腔和多个辅助油室内部循环、耦合流动的特点,计算中采用了滑移网格瞬态流场计算方法,气-液两相流模型选用混合物模型,实现了对其内部流场分布情况的预测,并对其外特性进行计算.通过将其与台架试验获得的外特性相对比,对计算流体力学(CFD)数值计算方法的有效性和适用性进行评价,为限矩型液力偶合器流道结构的设计和优化提供了依据和方法.     

动态调速工况液力偶合器瞬态流场PIV试验

为了分析大功率液力偶合器在调速工况中能容下降、效率降低及输出特性失稳等问题产生的原因,建立了液力偶合器内/外特性同步测试试验台,采用PIV(粒子图像测速)流场测试的方法分析动态调速工况下偶合器涡轮内部瞬态流动特性.将动态调速与对应稳态工况在径向/轴向切面的流场测试对比,结果表明:在环流转换的调速过渡区间内,受气相的干扰流道中部出现较大的低速区,与对应稳态工况流场差别较大;在额定工况附近及其他调速工况点,速度流场变化趋势与稳态工况相当;随着动态调速工况转速差的增加,在轴向切面内显示多尺度气泡弥散在液相中并随着液体质点做螺旋运动,在涡轮入口吸力面附近逐渐出现大面积的低速区且其分布区域逐渐增大,最终在速度梯度较大的涡轮入口靠近吸力面处形成主漩涡.     

基于流固耦合的轴流泵叶片结构分析

为了准确分析YQH-100油气混输泵的叶片所受应力分布情况,运用Fluent软件与ANSYS软件协同仿真的方法对油气混输泵单级压缩级流道进行三维流动计算,将Fluent流场数据通过Workbench流固耦合技术传输给叶轮结构,再对叶轮叶片进行应力分析,通过数值分析确定叶片的应力及变形集中区域,得出叶片的应力及变形分布规律,并且可以看出运用流固耦合和不运用流固耦合时含气率对扬程和效率有较小的影响.     

偏航条件下大型风机的流固耦合分析

流固耦合条件下叶片变形和振动的分析对于大型叶片的安全至关重要。基于叶素动量理论和Euler-Bernoulli梁的有限元建立大型风机双向流固耦合数值模型,用偏航修正、叶尖轮毂的非定常叶素动量理论计算风力机的气动载荷;通过2结点12自由度空间梁单元作为结构动力分析的基本模型,结合两套理论建立可以快速分析风力机叶片流固耦合作用下的输出特性和振动特性。通过对NREL 5 MW大型风力机计算的对比和分析,验证了方法的可行性并得到在流固耦合作用下风力机输出特性曲线和叶片结构变形。证明在风力机叶轮工作状态叶片发生振动,而且在偏航情况下,叶轮的功率输出和推力输出产生周期性波动。     

液力偶合器两相流动的研究

应用先进的CFD平台的滑动网格法与混合模型对液力偶合器部分充液的两相流场进行数值模拟计算和分析,得到偶合器部分充液时内部速度和压力分布以及不同充液率下流场结构的变化。基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩和不同充液率下液力偶合器的原始特性。将性能预测结果与实验结果进行对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,从而验证了数值模拟方法的正确性。     

风机—液力偶合器模糊-PID调速控制系统研究

对风机—液力偶合器单一PID控制系统过度依赖控制模型问题,提出了基于PID控制的高稳定性和模糊控制的高鲁棒性的风机—液力偶合器模糊-PID控制.在分析大功率煤气风机与YOCQZ420调速型液力偶合器调速控制系统动态调节特性的基础上,推导并建立了调速控制系统的动态调节数学模型;应用计算机分析软件,在一定开关阈值和不同时间常数、系统总增益和延迟时间常数条件下的模糊-PID双模调速控制系统进行仿真分析.实验台实验测试结果与仿真分析结果的一致性表明,模糊-PID双模控制可有效实现大功率风机与调速型液力偶合器调速的自动控制.     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

基于液力变矩器流固耦合的叶片厚度设计方法

基于经验性流线公式的液力变矩器叶片厚度设计方法,因难以表达变矩器叶片与流体间的耦合变矩关系,易造成变矩器性能低下.针对此问题提出基于液力变矩器内流固耦合的叶片厚度设计方法,即以高精度流固耦合数值解析的液力变矩器性能为评价,在满足叶片应力强度与叶片厚度变化曲率约束下,推导出叶片厚度曲线方程.通过液力变矩器设计实例,显示液力变矩器叶片厚度分布与其流场分布具有强相关性,验证了此方法对提高液力变矩器变矩比、效率和动力性能的有效性,可作为液力变矩器叶片厚度设计的工程化设计参考流程.     

石油钻机液力变矩器轴向力的分析与计算

对石油钻机液力变矩器各工作轮中液体的静压力分布进行了分析,由此得出了液力变矩器各工作轮轴向力的理论计算公式。实例计算发现,泵轮的轴向力拉动泵轮向涡轮靠近;涡轮的轴向力拉动涡轮向泵轮靠近;导轮的轴向力拉动导轮向泵轮靠近。三个工作轮的轴向力随着变矩器的工况变化,在起动工况时达到最大值。泵轮的轴向力最大,且变化起伏较大;其他两轮的轴向力变化较平稳,且数值也较小。轴向力除了与供油压力有关外,主要是与泵轮转速的二次方和循环圆有效直径的四次方有关     

基于流固耦合的高温泵叶轮应力有限元分析

根据高温泵零件二维图,应用Pro/E软件对高温泵内叶轮结构模型及整机水体模型进行实体建模,采用CFX软件对高温泵内部流场进行数值模拟,分析了泵内部的压力随不同工况的变化情况,基于流固耦合利用Ansys软件对叶轮施加静力载荷,进行应力应变分析,揭示了整个叶轮的变形情况及应力分布.结果表明:首级结构的对称性使其变形较为均匀,应力应变分布较为规律;水泵叶片根部两侧存在明显的集中应力,并且应力逐渐向叶片外侧扩散,叶片外缘所受到的应力值很小,应力集中点为次级叶片与轮毂相交处靠近进口的位置;在不同工况下叶轮最大静应力随着高温泵轴功率的增大而降低,且线性关系较差.     

液力透平的数值计算与试验

设计了液力透平试验台,对一单级液力透平进行了试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行了数值计算.分析了液力透平在不同流量下的压力场和速度场,得到了内部流场的分布规律.应用速度三角形对液力透平叶轮和尾水管内部速度场随流量变化规律进行了研究.结果表明:离心泵反转可用作透平运行,并具有较高的效率;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为4.85％;透平内部的压力从蜗壳进口经叶轮到尾水管逐渐减小,进出口压差随流量增加而逐渐增加;在透平叶片背面和工作面存在漩涡区域,漩涡位置和区域大小随流量而变化;在尾水管横截面上存在的圆周速度分量随流量而变化.     

影响螺旋离心泵扬程的因素分析

从螺旋离心泵的特殊结构形式和泵基本方程出发,指出了影响螺旋离心泵扬程的几种因素,并对这几种因素进行了定性分析．利用CFD软件对其内部流场进行模拟,结果表明：螺旋离心泵主要是通过其螺旋段部分对流体作功的,可见螺旋式叶轮能起到多级泵加能的作用．通过对其吸入段不同间隙下的外特性实验研究,找出了此螺旋离心泵的合理间隙值,进而指出了间隙的合理布置方式．     

双螺带-螺杆搅拌桨在不同流体中的搅拌流场特性

采用计算流体力学方法对双螺带-螺杆搅拌桨在层流域内的搅拌流场进行了数值模拟,考察流体为高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体数值模拟计算得到的功率值与实验测量值吻合较好;双螺带-螺杆搅拌桨的功率常数为162．7,Metzner常数为19．0;搅拌雷诺数以及流体的流变指数对非牛顿流体搅拌流场的无因次速度、循环量数均有不同程度的影响;与双螺带搅拌桨相比,双螺带-螺杆搅拌桨能在一定程度上提高全槽平均剪切速率和平均速度研究进一步认识了双螺带-螺杆搅拌桨的混合性能特点,为高黏流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了指导和参考     

动静干涉下压气机叶轮气动激励与振动分析

为研究离心压气机叶轮的气动激励特征及激励作用下的振动特征,建立了单向瞬态流固耦合模型进行计算分析.利用模态分析确定了叶轮的共振工况,在此工况下进行单向瞬态流固耦合计算.讨论了叶轮与进气弯管和出口蜗壳发生动静干涉时,其表面非定常气动激励的时域与频域特征,并进一步讨论了叶轮在此气动激励下振动时的时域与频域特征.结果表明,叶轮共振时的主要振动分量是基频与共振频率处的振动分量,共振频率处较小的气动激励引发了较大的振动幅值;长叶片吸力面前缘等位置处动应力及离心应力较大,是疲劳失效危险点,叶轮易从此处萌生疲劳裂纹并发生疲劳断裂.      

用积分方程法设计轴流泵叶轮

介绍了一种新的轴流泵叶轮的水力设计方法，推导了求解叶轮Ｓ１流面流动的积分方程。轴流泵叶轮的水力设计是以有厚叶栅的正问题计算作为基础，通过正、反问题迭代来完成的，它较传统的设计方法（奇点法、升力法）能更好地满足设计扬程的要求。实例计算表明，结果合理，叶轮型线光滑，程序运行时间用４８６微机约５ｍｉｎ，因此是一种实用的设计方法。此外，该设计方法也可用于轴流式水轮机转轮的水力设计。     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大;整机结构附近有明显的气流扰动变化;停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大;入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。     

井下可控变径稳定器工作机理及力学分析

石油钻井井眼轨迹控制是当今世界性技术难题之一,旋转导向钻井工具可控制井眼轨迹,但日租费昂贵,使用变径稳定器可有效解决该问题。针对目前国内可变径稳定器结构复杂、制造成本高等问题,设计了井下可控变径稳定器,详细介绍了工具的结构组成和工作原理。利用CAE技术对其关键部件进行力学分析;并利用CFD技术计算工具在三种工位时过流压降。综合考虑可变径稳定器受钻井液驱动力、节流套筒及导向体阻力、弹簧弹力等因素,对可调整支撑块进行力学分析,推导出可变径稳定器所受液压压降与工具直径的计算公式,同时实验论证该公式的合理性。该工具与防磨工具配套使用在钻井时可减少钻井时长,大大缩短钻井周期,降低钻井成本。