基于CFD的离心泵关死点流动性能分析

 流体动力学数值计算（CFD）被广泛用于研究离心泵内部的流场和外特性预测,在设计工况下计算准确性较高,近年在流体机械领域的研究中占有重要位置。然而针对关死点工况离心泵流场的CFD 模拟,现有研究都是采用极小流量作为边界条件,难以得到水泵关死点的真实流动性能。本文采用完全零流量的边界条件,以常用的IS125 型管道离心水泵为例,借助于瞬态CFD 流场计算技术,进行关死点及其附近工况的非定常流场数值模拟和性能预测,并得到实测结果的验证。研究结果发现,在非设计工况尤其是关死点和小流量工况下,叶轮每个通道内具有不同的流场分布和过流能力,导致水泵性能参数出现较大的脉动现象。在关死点工况下,蜗壳隔舌所承受的流动冲击最为严重,靠近蜗壳上游的叶轮通道是排水状态,而靠近蜗壳下游的叶轮通道则是吸水状态。本文提出的关死点和小流量工况下离心泵流场计算方法能较为有效的预测该工况下泵的扬程和轴功率,得到的叶轮流道过流能力大小的结论,具有一定的学术和工程价值。     

微小型水平轴风力发电机的流固耦合分析

基于ANSYS CFX流体求解器和Workbench结构求解器,采用整体求解一致性网格方法和k-ε湍流模型,分别对单向和双向流固耦合条件下微小型水平轴风力发电机的结构特性进行了对比分析,并重点对机组的双向流固耦合分析进行了研究.首先,通过对微小型水平轴风力发电机进行动力学分析,确认所建立模型的准确性;其次,通过对流场域中旋转域及网格数目之间网格收敛性的相关分析,确认了流场域网格数目收敛性的拟合关系曲线,以及最优的网格数目实例;最后,分别对单向和双向流固耦合进行对比分析,确认了机组双向流固耦合分析结果的可信度.     

流固耦合应用研究进展

流固耦合力学是一门新兴学科。本文简要介绍了该学科的典型应用进展情况，总结了各种研究中的典型方程、数值解法，展望了进一步发展的趋势。     

3叶片离心泵内流场的PIV测量

采用加大设计流量的方法设计了一副3叶片低比转数离心泵叶轮,利用2DP IV系统测量设计转速时4种不同流量工况下同一叶槽内的流场,获得了叶槽内的瞬时流场图,进一步处理得到流场的速度矢量图和等值线图.测试结果表明,叶槽内部的流动呈非对称状态,在进口部位压力面存在局部低速区,可能产生回流.此项研究为改进叶轮设计方法提供了依据.     

振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合研究

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟。结果表明:螺旋流场随着结构一起运动,而结构的运动引起了流场结构的偏移;周期振动下的流场径向速度变大,并随激振力的增大而增加;周期性激振力影响了切向速度的对称性,并使轴向速度近轴区域速度变大;不同截面的结构运动轨迹呈"O"型,振动形态呈抛物线状。     

流固耦合作用下控制阀的稳压分析与设计

研究钢厂废煤气流场作用下大型压力控制阀的稳压问题,分析了影响压力稳定的结构因素,利用Pro/E建立了控制阀的几何模型,采用CFX进行流场计算,ANSYS进行结构计算,并利用两者间的数据交互平台传递流场压力载荷和结构位移数据,实现了流固耦合数值仿真计算。计算结果表明,阀芯结构及开度是影响压降的重要因素,且外接管与控制阀通径之比越大时阀前阀后压降越小。研究结果为控制阀结构的优化设计和测试分析提供了重要依据。     

考虑流固耦合作用的承船厢结构自振特性分析

升船机承船厢在工作时,为避免发生流激振动现象,需探究水体流动性对系统自振特性的影响,通过应用三种不同方法考虑厢内水体与船厢结构的流固耦合作用,进行多种模型下承船厢自振特性的对比分析,了解承船厢结构在考虑流固耦合作用下动力特性的变化规律.结果表明:承船厢结构低阶振型对应的自振频率与水流脉动频率均有重合,在船舶进出船厢前的充泄水流的激励下有可能引发结构的整体振动.此结果可为承船厢结构的自振特性分析提供参考.     

螺旋桨的流固耦合动力分析

采用２０节点三维等参元离散系统，在结构表现上布置源汇，应用Ｇｒｅｅｎ函数的边界积分法计算流体－结构的相互影响，用湿模态法对螺旋桨在水中的动力特性进行了计算；比试验验证表明，计算结果与试验结果吻合良好。     

基于ANSYS-Workbench的流固耦合作用下输油管道模态分析

本文采用ANSYS-Workbench研究输油弯管在流固耦合作用下模态分析,通过改变流体流速和压强,分析流固耦合作用的管道的振动频率和应变.首先建立三维模型,然后针对在不同压强和不同流速工况下,管道振动频率和总体变形进行模拟,并与输油弯管自振频率对比分析.研究表明流体压力的改变对振动频率影响相对较大,而流体流速的改变对...     

基于流固双向耦合的轿车气动与流致振动特性

传统流体力学数值仿真不考虑车身弹性结构与外流场之间的相互作用,致使得到的结果与真实情况不符. 以某实车模型为研究对象,对其进行考虑流固耦合效应的CFD仿真,并在气动阻力、气动升力、流场结构等方面与传统流体数值仿真结果对比,结果表明：流固耦合效应对气动升力影响较大,随车速增加两种仿真方法差异率可达到 38%,直接关系到车辆稳定性及安全性 . 利用流固耦合 CFD数值仿真探究整车风激振特性,证明了实车振动幅值主要影响因素为风激振频率及作用力大小. 进一步通过对车辆弹性结构的刚度优化改善汽车风激振现象,从而提高乘员的舒适度.     

冲击作用下水力驱动装置流固耦合动力学

研究反应堆控制棒水力驱动装置在冲击作用下的流固耦合动力学问题。针对系统受向上和向下冲击两种情况,以及系统不同的设计参数,采用商用软件MSC.DYTRAN计算了系统计算模型的动力学响应。计算结果表明水力驱动装置在冲击载荷下的响应与冲击方向、步进缸水柱长短有关。向下冲击比向上冲击使系统产生更大的响应;在同样的冲击下,步进缸水柱越长响应幅值越大。此分析结果可用来评估系统的抗冲击能力。     

平板流固耦合振动的数值分析

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日 欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步内,流场与结构计算区域的交界面上进行多次的数据传递和插值,以保证满足耦合面边界条件.计算了在静止流场中弹性板的自由振动和方柱后部平板的涡激振动现象,监测了平板的振幅和频率以及水动力载荷.通过与前人结果的比较,验证了所采用的流固耦合算法的可靠性.同时,分析了不同的材料参数对于平板耦合运动的影响.流体黏性越大对平板振动的阻尼作用越明显,而流体密度的增加会加速振动的衰减,并降低振动的频率.对于具有较低固有频率的结构,在耦合运动中的振动幅度和频率也较小.
     

轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术，求解流体与固体的耦合方程，对轴流式叶片进行了振动特性分析，分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率；并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化，分析了叶片在水中的振型。结果表明，叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低，且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析，表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。     

薄膜结构与风的流固耦合作用

作用在薄膜结构上的风荷载,除与气流本身的特性有关外,还与结构在风荷载作用下的位移、速度、加速度等有关.薄膜结构与风环境之间存在着较强的流固耦合作用,并且这种耦合作用往往对薄膜结构的振动起控制作用.将两者的耦合作用分为静力耦合作用和动力耦合作用,并主要针对静力耦合作用所涉及的几个因素运用解析公式的说明方法进行了初步分析总结,为进一步的风致动力响应研究和风洞试验研究奠定了理论基础.     

仿生多孔UHMWPE摩擦过程的流固耦合非线性分析

利用ANSYS软件,以牛血清作润滑剂,以平板试件为对照组,设计了仿生多孔形态试件,并在相同约束,相同载荷,相同转速条件下,进行了两种试件的耐磨机制流固耦合非线性分析,分析了两者的等效应力、接触应力变化情况.     

页岩气藏流固耦合数学模型

页岩层是超低渗透率的储气层,页岩气藏开采过程中流固耦合效应表现明显.基于渗流力学和Biot固结理论,综合考虑页岩气藏储层的启动压力梯度,页岩气渗流过程中的解吸附,建立了一个适用于滑脱流、孔内扩散等页岩基质孔隙内所有气体流态形式的流固耦合数学模型.页岩气开采流固耦合数学模型包含了气体渗流和页岩变形相互作用的耦合项,必须进行耦合求解.使用显式迭代编制相应程序求解其数值解,计算结果表明,考虑流固耦合和不考虑流固耦合对页岩气开采过程中压力分布影响较大,考虑流固耦合情况下,压力降低趋势比不考虑耦合情况下要快,更符合实际开采情况.流固耦合现象对页岩气渗流过程影响较大,页岩气开采过程中必须考虑流固耦合影响.     

流固耦合对油底壳振-声特性的影响研究

对于复合钢板油底壳进行了自由模态、约束模态以及流固耦合下湿模态的计算与试验,较高的一致性表明耦合模型是合理的.模态对比结果说明当油底壳盛油后,模态振型出现了变化,且整体模态频率降低.使用最小二乘法拟合了盛油前后油底壳的瑞利阻尼比例系数.结果表明润滑油对于复合钢板油底壳的阻尼影响不大.采用多体动力学计算了耦合与非耦合油底壳的振动响应,在整体幅值和变化趋势上与试验值较接近.耦合模型的振动响应在整体上略低于非耦合模型,但500 Hz前的振动峰值更突出,尤其在330 Hz附近.耦合模型在峰值频率和趋势上与试验值吻合得更好.进一步通过边界元法计算了两种油底壳模型的辐射噪声,结果显示考虑耦合后油底壳辐射声功率在3 000 Hz内显著下降,仅在333 Hz处有较高的峰值.      

流固耦合作用下注气开采煤层气增产规律研究

提高低渗透煤层气产量是我国煤层气开采中急需解决的关键问题,加速煤层甲烷解吸过程的注气增产方法是提高低渗透煤层气产量的有效途径。由于排采降压在孔隙流体压力变化的范围内会引起储层孔隙介质的应力和应变的变化,造成有效渗透率和孔隙度的降低,同时也影响注气和产气的动态参数。研究这些规律,首先建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流的流固耦合模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理。研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压．加速了煤层甲烷的解吸;而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,同时必须重视耦合作用对注气增产造成的不利影响。     

基于流固耦合理论土工布对尾矿坝的渗流-应力场影响分析

基于非饱和流固耦合理论,分析土工布对尾矿坝渗流-应力场的影响,以湖南某尾矿坝为背景,运用FLAC 3D(fast Lagrangian analysis of continua)软件,建立三维尾矿坝数值模型,模拟不同工况下尾矿坝的渗流-应力场影响。通过考虑耦合作用应力场和位移场对比分析,分析流固耦合作用下不同层数土工布对尾矿坝的渗流-应力影响。研究结果表明:非饱和流固耦合理论可以更为客观的分析尾矿坝的实际情况;耦合作用下尾矿坝的沉降明显比不考虑耦合作用的沉降大;铺设土工布对于减少坝体沉降量有明显的积极作用;土工布在耦合作用下的孔隙水压力明显比不考虑耦合时大,而且孔隙水压力分布较为均匀;这可以对尾矿坝的渗流-应力场的分析以及尾矿坝的设计运行提出合理建议和参考依据。     

流固耦合作用下盾构下穿高架桥稳定性分析

依托太原铁路枢纽新建西南环线盾构隧道,结合盾构施工中的监测资料,利用有限元分析软件进行数值模拟分析,在考虑流固耦合作用下,并结合实际监测资料,研究了盾构下穿高架桥时地表和地下结构的稳定性,得出了地表、桥承台和桥桩的变形规律及隧道周围孔隙水压力分布规律.研究结果表明:在富水地层中盾构下穿高架桥工程中,考虑流固耦合作用是必...