气液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状 ,阐述了气液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法 ,并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题 ,预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

结构在水下运行过程中的自振特性及动力响应研究

水下运行的结构与反馈的流体形成相互作用的流固耦合问题，利用莫里森公式计算结构的附连水质量，得到考虑流固耦合影响以后的结构自振特性及动力响应结果。     

弹性结构与晃动液体耦合系统的动力特性分析

基于弹性波传播理论,构造液体晃动的等效弹性体模型,将液体晃动问题归结为弹性体动力问题, 建立位移-压力格式的流固耦合方程,采用静态缩聚技术求解流固耦合特征值问题.在此基础上,推导地震条件下的流固耦合系统有限元模型.对储液容器的特征值问题和动态响应问题进行了实例分析和计算,算例结果验证了方法的正确性与有效性.     

基于双向流固耦合模型的溃坝水流数值模拟

弹性结构在运动流体的作用下会产生动力响应,对结构本身的安全性和耐久性都提出了更高的要求。使用开源计算流体力学软件OpenFOAM和开源计算固体力学软件CalculiX建立双向流固耦合模型,对溃坝水流冲击刚性结构和弹性结构的过程进行了数值模拟。首先对比了代数流体体积法和几何流体体积法在分析溃坝水流冲击刚性结构时的精度,结果表明几何流体体积法能够更为准确地模拟剧烈变化的自由液面。进一步采用几何流体体积法对溃坝水流冲击弹性结构的双向耦合问题进行了分析,弹性结构的动力响应和自由液面的分析结果与前人的数值结果吻合良好,表明目前的数值模型可以应用到实际工程的流固耦合分析中。     

加肋旋转壳动力响应有限元分析

用旋转壳体单元分析了加肋旋转薄壳在冲击载荷作用于的动力响应。基于Ｌｏｖｅ－Ｔｉｍｏｓｈｅｋｏ壳体理论和虚功原理建立流固耦合系统动力变分泛函。由流固联合变分建立系统动力方程，用直接发法求解结构动力响应，列出了部分算例，讨论了冲击载荷作用及流体对结构动力响应的影响。     

复合材料层合板条的流固耦合动力屈曲分析

导出置于液面上的复合材料层合板条变形时流体作用力的解析表达式;由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理建立考虑横向剪切变形及流固耦合效应时迭层板的非线性动力屈曲控制方程;采用差分方法求解了轴向面内加载时板条的流固耦合动力屈曲;讨论了铺层角度、铺层数目、流场深度、加载形式以及初始几何缺陷等因素对动力屈曲的影响。     

储液容器跌落碰撞的并行仿真计算研究

基于多物质的ALE有限元法,应用通用动力学软件LS—DYNA完成了空投柔性储液容器跌落碰撞过程的数值仿真计算．容器采用Lagrangian描述,溶液采用ALE描述,容器与溶液间的耦合作用及容器与地面的碰撞接触均采用罚函数法得以实现．在分析空投容器力学行为的同时,对该问题计算的并行性进行了讨论．针对储液容器跌落碰撞过程中,即存在十分耗时的非线性流体与结构耦合计算又具有碰撞接触计算的特点,在递归坐标二分分区方法的基础上,提出了负载均衡的分区策略,通过程序实现该分区过程．结果表明,相对于坐标递归二分分区方法,负载均衡的分区方法使得各分区的负载更加均衡,具有更好的加速比与并行效率．     

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.     

旋转周期性含液容器的流固耦合动力特性分析(Ⅱ)

本文针对基于位移（结构）—压力（流体）格式的流固耦合方程及其引入旋转周期分析方法后表达格式在数值求解中遇到的一些问题,给出了具体的处理方法。其中包括考虑流体液面为自由时,流体刚度矩阵奇异性的消除方法,以及对于旋转轴上包含自由度的系统在引入旋转周期方法后的约束问题,文中给出了系统的处理方法。通过实际算例验证表明,上述方法是有效和可靠的。     

基于流固耦合方法的气压密封阀仿真分析

针对气压密封阀的流固耦合问题应用一种解耦分析方法,并利用循环迭代法建立了统一的流固耦合计算模型。在流固耦合模型基础上,使用有限元分析(FEA)和计算流体动力学(CFD)联合计算方法对气压密封阀进行仿真分析,得到气压密封阀在流固耦合作用下的工作特性,并且对不同结构参数的模型进行了研究。通过分析不同气体压力、控水环和密封环厚度下气压密封阀的变形,给出了气压密封阀的变形规律,同时还给出流体运动状态,为气压密封阀的优化设计提供了依据。     

考虑风浪流作用下的深水桥墩动力响应分析

考虑到跨江跨海大桥桥墩经常受到的是风浪流的共同耦合作用,在进行江海的深水桥墩结构设计时,除了波浪荷载作用之外,还需考虑风浪流环境荷载的影响是必不可少的。基于此,本文在流固耦合研究成果和流体理论基础上,考虑附加质量和流固耦合效应的同时,运用ANSYS有限元软件的流固耦合模块计算深水桥墩在流速及风荷载影响下的响应,并利用数值编程工具MATLB对不同工况下的桥墩响应结果进行分析比较。结果表明:当激励荷载为风浪流时,输入风、浪及流的频谱特性以及风、流的速度都将对深水桥墩结构的动力响应产生不同程度的影响。因此在深水桥墩结构设计时,应该针对待建桥梁所处的地理水文条件,合理的选择环境荷载进行设计计算,以提高结构的安全度。     

静压式机械密封流固耦合的理论分析

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立了机械密封流固耦合模型,采用有限元方法求解不可压缩Reynolds方程,得到密封间隙流体压力分布,采用ANSYS有限元软件计算密封组件的弹性变形,利用两者之间自动迭代计算实现流固耦合分析。结果表明,高压工况下,静压式机械密封间隙的压力分布受到密封端面变形的影响,同时又会影响到端面的变形。该流固耦合分析考虑了密封组件之间的接触摩擦和预紧作用,能够准确反映高压流体和密封结构的相互影响。计算得到的泄漏量与实验值吻合,对特殊工况下静压式机械密封的流固耦合研究具有参考意义。     

不同边界条件下液箱流固耦合模态计算与实验验证

对于船舶与海洋平台上设置的液舱,舱内液体介质和舷外水对舱体振动性能的影响不容忽视,以钢质液箱为研究对象,建立了流固耦合的有限元数学模型,运用有限元软件ADINA对液箱不同约束条件下的流固耦合现象进行数值计算。采用LMS结构模态分析系统进行实验研究,完成内、外均有流体载荷作用时液箱的振动模态分析。对比分析了不同边界条件和充液高度下的振动低阶固有频率和振型,所得结果和方法可供流固耦合方面研究参考。     

考虑流固耦合的桥梁桩基地震反应研究现状

大型桥梁桩基地震反应分析是防灾减灾领域的研究热点之一.为追踪这一课题的研究现状,基于深水桥梁桩基地震反应基本特征,总结其流固耦合、场地效应、行波效应等几个重要特征;概括该课题在这些方面的进展,针对其研究现状,指出考虑流体与桥梁基础的动力耦合作用是这一课题研究的重要研究方向:根据流固耦合问题的求解思路,从耦合算法、耦合面数据传递、流场网格运动控制几个方面总结其常用方法.基于大型桥梁桩基地震反应的特点和流固耦合力学的成果,提出将流固耦合力学研究成果引入该领域是一个重要方向;并给出实现该思路的方法和难点.     

考虑动态流体网格的颗粒-流体耦合算法

传统颗粒-流体耦合算法难以考虑流体动态边界问题,在模拟大变形案例时因流固边界不匹配易造成计算误差,影响结果的准确性.针对该问题,引入流体网格动态更新方法,推导动网格下的达西渗流方程和颗粒-流体相互作用方程,在离散元商业软件PFC2D基础上,开发了考虑流体动网格的颗粒-流体耦合算法.将该算法用于模拟饱和土不排水剪切双轴试...     

薄壁轴承套圈在旋转气场中的自定位分析

针对薄壁轴承套圈检测定位问题,提出了旋转稳定气场实现套圈自定位方法,并对该方法进行了分析与研究。在考虑耦合流场情况下,运用ANSYS与FLUENT的流固耦合功能进行双向流固耦合分析,建立了旋转气场的流固耦合分析模型,进行了薄壁轴承套圈在旋转气场中的定位分析,得出了薄壁套圈变形量与定位气场压力之间的二次多项式关系。     

充液航天器试验的三维数值分析

对自旋充液航天器地面气浮台试验的动力学特性进行了分析和计算。以刚体系统的动量矩定理和流体运动的基本方程为基础，考虑液体晃动、涡旋、重力、离心力及Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力等因素的影响，并运用Ｐｆｅｉｆｆｅｒ推广的关于流体均匀涡旋运动的理论，导出了液体晃动的边值问题和流固耦合旋转系统运动的联立微分方程组。运用边界元方法求解了重力场中部分充液偏置贮箱内液体晃动的三维边值问题，并将系统运动的联立微分方程组交换后化为广义特征值问题来求解。从而求得液体晃动的能量耗散率和系统的章动时间常数。     

盾构隧道竖井内油气管道流固耦合振动特性分析

对某盾构隧道竖井内的油气管道,基于ANSYS Workbench平台建立流固耦合振动有限元模型,采用直接耦合方法对油气管道进行结构模态特性计算。仿真模拟考虑了内部流体和外部静水与管道耦合作用、管道固定导向支座约束、管道壁厚以及流体介质密度对油气管道固有频率和振型的影响。结果表明:流固耦合作用和固定导向支座约束都会降低管道的固有频率,其中外部静水对管道固有频率的影响较大,不可忽略;管道的固有频率随壁厚增大而增大,随流体介质密度增大而减小;管道的低阶模态属于梁式振动形态,高阶模态属于壳式振动形态,流固耦合作用对管道的振型没有影响。     

基于旋转弱耦合与强耦合计算方法的大型汽轮发电机转子流体场与温度场研究

针对大型空冷汽轮发电机转子旋转状态下,转子内部流体流量和转子线圈温度难以准确测量的问题,对转子内部流体流动规律和温度分布进行了流体场和温度场研究.以一台100MW空冷汽轮发电机为例,建立了三维流体与传热耦合计算模型.基于旋转弱耦合与旋转强耦合两种有限元计算方法,对该发电机的转子进行流体场和温度场计算.弱耦合计算方法主要根据流体流动的伯努利方程与计算流体力学相关方程联合求解,强耦合计算方法主要通过计算旋转流体力学方程求解.研究了转子额定励磁电流,转速3 000r/min时,转子内部通风道流体温度与转子绕组温度的相互关系.并将两种计算方法对同一转子的流体流量和线圈温升结果做了对比分析,最后将两种计算方法所得的转子线圈温度计算结果与试验实测结果对比.结果表明:弱耦合计算方法与实测值误差为4.6%,强耦合计算方法与实测值误差为2.6%,两种计算方法均能满足工程计算的误差要求,旋转强耦合计算方法计算精度高于旋转弱耦合计算方法.