潮流能叶轮叶片单向流固耦合有限元分析

叶片是潮流能水轮机叶轮的重要部件,水轮机在工作过程中受叶片的影响很大。文中采用有限元法研究了叶轮叶片的流固耦合特性,对叶轮叶片旋转流场和垂直水流场进行多工况计算,得出不同工况下叶轮叶片表面压力的分布情况。采用单向流固耦合的方法完成流体域和结构域两个物理场之间数据的传递,得出叶片变形及应力应变的变化情况。研究成果对潮流能叶轮叶片的结构优化设计有重要的参考意义。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

基于ADINA的轴流泵叶轮流固耦合分析

采用了SIMPLEC算法、RNG k-ε湍流方程对轴流泵叶轮进行流固耦合分析,得到不同工况下叶轮内部应力与应变,流体流速分布情况。结果发现,叶轮的最大应变和应力均发生在叶片和轮毂连接的部位,并随着扬程的增大而减小;叶片的最大变形发生在末端;叶片背面发生明显的回流。     

基于CFD轴流泵叶轮在流场中的有限元分析

根据某一型号立式轴流泵的叶轮特征对其建立三维模型,利用叶轮工作时流场的属性,结合流固耦合的方法,通过有限元分析软件ANSYS Workbench中的CFD模块对叶轮进行流场动力学仿真分析。在有限元软件流体动力学分析模块中添加流场流速、流体进出口和流场膨胀层等,得出叶轮周围流体的绕流迹线,以及叶片应力从叶顶到叶根的分布规律,发现进水处的叶片部分是应力最大处。这对水泵叶轮可靠性和水泵寿命分析具有重要的借鉴意义。     

采用流固耦合的混砂车搅拌叶轮应力分析

叶轮是混砂车搅拌系统的核心部件,叶轮的强度、刚度对搅拌系统的正常使用起着重要的作用.叶轮在搅拌工作中承受流体对叶片的作用力、离心力及重力等载荷作用,为了准确得到各载荷对叶轮的影响,采用流固耦合分析方法对叶轮进行数值模拟分析.分析结果表明:上叶轮根部应力值最大,上叶轮端部位移最大,流体作用力为影响叶轮强度的主要因素,这为叶轮的强度校核提供了可靠依据.     

高温熔盐泵中分流叶片对结构动力特性的影响

为研究分流叶片对高温熔盐泵结构动力特性的影响规律,以IS50-32-160型低比转数高温熔盐泵为研究对象。对有/无分流叶片方案不同工作温度、不同工况下的泵转子进行基于ANSYS Workbench的数值计算,分析了泵内部的应力、变形和模态分布规律。研究结果表明:添加分流叶片后,叶轮的等效应力明显减小,说明分流叶片能够有效提高叶轮的承载能力;分流叶片使得转子的变形情况也得到一定的改善,从而降低了叶轮变形对内部流场的影响,且叶轮内的变形分布变得更均匀,从而可减轻泵转子的振动;同时,不同工作温度对泵转子的固有频率及各阶振型影响均不大。     

基于S翼型的潮流能水轮机叶轮仿真与实验研究

为了进一步探究潮流能水轮机叶轮性能优化原理及方法,对基于NACA24112翼型改进的S翼型进行了仿真与实验研究。通过ANSYS Workbench有限元仿真软件以及典型水轮机叶片设计方法,研究了优化翼型的水动力性能,并对新叶轮进行了建模、水动力仿真分析以及样机实验。结果表明:新型S翼型最佳设计攻角在12°~16°之间;叶轮具有良好双向来流吸收能力,但叶片前半段存在扰流现象,并对后方流场影响较长;样机实验表明实验负载阻值最佳取值区间在23~26Ω之间;叶轮的最优水速在2m/s左右,获能效率可达40%上下。     

蜗壳式混流泵叶轮部件湿模态流固耦合分析

为了得到蜗壳式混流泵在水介质中的模态分布,以某型号混流泵为研究对象,通过ANSYS对其进行流固耦合分析,得到流体对叶轮的流固耦合作用力,并运用ANSYS WORKBENCH有限元软件和APDL命令流耦合的方法,分析叶轮部件的干模态和湿模态特性;针对叶轮部件是否施加预应力,研究预应力对叶轮部件的固有频率和振型的影响;并考虑叶轮部件材料属性,分析得出金属材料的杨氏模量对叶轮各阶固有频率的影响特征;在分析干湿模态时,分别加厚叶轮前后盖板厚度,计算结果表明:加厚后盖板厚度对提高各阶固有频率最明显。本文为研究混流泵的振动特性、优化结构设计提供了一定依据,为进一步的动力学分析提供了一定参考。     

新型悬浮式双向潮流发电装置的设计与研究

当今世界能源紧缺,潮流能因自身诸多优越性一直是各国研究的热点.针对目前潮流能水轮机普遍无法双向获能的问题,设计一种新型叶轮.利用翼型分析软件Xfoil和仿真软件Fluent对基础翼型NACA24112进行数值计算,截取其前半段设计出新"S"翼型并进行动力学分析,根据Wilson设计方法求出叶片各个截面的弦长和扭角,修正后利用Catia进行三维建模并用Fluent对其仿真分析;为了提高叶轮的获能功率,设计了一种双向折线型导流罩,经Fluent仿真验证了其最佳扩口角度为26°;通过水槽实验,验证了叶轮具有较好的双向获能特性,得益于导流罩的聚流增速作用,使其具有较低的启动流速,在额定流速2 m/s时能达到最大获能效率25.4％.     

2种约束条件下的 TRT 叶片静态及模态分析

高炉煤气余压透平发电装置（简称 TRT）是一种能源发电装置,叶片在 TRT 工作过程中起着能量转换的作用。在对叶片结构进行分析时,边界条件的施加方式会因安装及工作条件的不同而有所改变。本文采用 ANSYS Workbench 建立了 TRT 叶片的有限元模型,并根据叶片的安装及结构等特点,对叶根周向面确定了2种相对合适的边界约束条件,然后对叶片分别进行结构静力学和模态分析对比。结果表明,在约束条件Ⅱ下计算所得的应力、位移以及动频、静频的数值相比于约束条件Ⅰ下的都有所减小,应力、位移的分布规律以及模态振型几乎不变,分析结果为进一步对 TRT 叶片的相关试验和动力学分析和计算提供了一定参考依据。     

基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性,首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型,对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟,得到了叶片表面的压力载荷分布;建立叶轮有限元模型,以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础,利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析,结果表明:叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处,叶轮强度满足设计要求;叶轮最大的形变区域出现在叶片进口的轮缘处;叶轮的变形域随着频率的增加而增大;叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率,因此在运行过程中不易发生共振现象。     

水平轴风力机叶片的结构设计与有限元分析

设计了一种1．5MW水平轴风力机叶片模型,运用ANSYS Workbench对叶片模型添加材料属性、划分网格、施加载荷与约束进行有限元分析。进行了叶片在静止状态和有预应力作用两种工况下的结构模态计算,分析了叶片在被施加极限挥舞栽荷作用下的表面应力分布情况,计算了叶片的最小模态频率和最大应力分布情况。     

冷却塔专用水轮机的数值模拟与性能研究

以冷却塔内额定流量为0.833 m³/s的双级贯流式水轮机为研究对象,基于ANSYS-Workbench操作平台对其进行单向流固耦合分析。采用三维建模软件UG,建立水轮机模型。使用商业CFD软件Fluent,对全流道模型进行三维定常湍流数值模拟,分析了内部流场及各部件的水力损失,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,使用有限元分析软件ANSYS,对转轮设计工况下的刚强度进行了计算,得到了转轮的静应力分布和变形情况。     

基于Fluent的微型排气回收高效节能涡轮设计

微型涡轮是气缸排气能量回收转换装置的核心部件。为了分析不同工作条件下微型涡轮所受压力、扭矩以及蜗壳内的流场分布情况,通过实验及Fluent仿真模拟,深入研究了不同涡轮叶片数量、不同风帽形式下对微型涡轮叶片表面分布压力、扭矩及蜗壳内流场分布情况的影响规律,进而设计一种使涡轮叶片所受压力均匀,产生大扭矩的微型涡轮结构,并给出了涡轮叶片数量与所受压力及所输出扭矩的函数关系,为进一步微型涡轮发电系统集成奠定了理论基础。     

随钻测井用井下发电机系统的涡轮设计

对随钻测井系统中井下涡轮发电机的关键部件进行了研究.首先,建立了一种水力性能较高的涡轮模型;然后,基于计算流体力学(CFD)理论,采用Fluent软件对不同叶片参数的涡轮模型进行了紊流流场研究,并分析了流量、转速对涡轮流场的影响;最后,通过涡轮发电机地面单向水利实验验证了流量、转速、负载与涡轮发电机输出电压的关系.仿真结果表明:15叶片、叶片进口角30°以上、出口角45°以下、中弧线圆弧半径40mm以内对应的涡轮模型水力性能较好,但水力效率过高也会降低涡轮的工作寿命,因此,在一定范围内增大流量、转速对提高涡轮水力效率具有积极影响.所建立的涡轮模型能够提高涡轮的输出功率并保证其工作寿命.     

高压高转速螺旋槽干气密封浮环变形研究

柱面螺旋槽干气密封被应用于高参数工况时,由于浮环容易发生变形,影响密封系统的运行和性能。根据柱面干气密封的结构特点,建立考虑流固耦合下的旋转环和浮环的模型;绘制柱面气膜计算域,利用独有block映射技术的ICEM软件对气膜模型进行跨尺度网格划分;采用Fluent对气膜流场进行模拟计算,提取浮环表面所受气膜承载力的变化函数;结合ANSYS Workbench将变化的气膜压力耦合到浮环固体表面上进行力变形求解,讨论介质压力、转速对变形的影响规律。结果表明:浮环的变形主要表现为沿径向的挤压变形,浮环外边缘处产生最大压缩位移,且最大变形量超过了密封时的平均气膜厚度,说明流场的变化对浮环的变形有一定的影响;浮环的最大变形量及应力值与介质压力、转速呈线性关系增加,其中介质压力起主引导作用。     

基于ANSYS的水轮机转轮流固耦合分析

为了得到水体作用下的混流式水轮机转轮的应力分布规律和变形特征,应用ANSYS有限元分析软件,采用流固耦合分析方法对某混流式水轮机转轮进行了分析。通过建立全流道分析模型,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,对转轮不同工况下的刚、强度进行了计算,得到了转轮精确的结构应力和变形。计算结果表明,该转轮在水体作用下最大应力值小于材料许用应力,能够满足强度设计要求;变形量小于设计预留间隙值,保证了转轮在运行时不会与止漏环内表面刮擦,从而引起止漏环脱落;转轮部件的应力数据对准确评估转轮使用寿命具有一定的实际意义。     

大功率风力机叶片模态及气动特性分析

对大功率海上风力机叶片模态特性和气动特性进行研究。建立了叶片翼型截面弯扭耦合运动微分方程,通过翼型截面坐标变换和旋转拉伸在UG中建立了国产某型6MW风力机叶片三维模型,运用Ansys/Blocklanczos法计算了叶片前6阶固有模态。在Ansys/Workbench中搭建叶片流场仿真模型,讨论了风速和气动攻角等参数对叶片振动变形的影响。结果表明各阶固有模态中叶尖部位的振型相对明显,随着风速和攻角增大,相同截面位置上的叶片振动变形逐渐增大。