基于流固耦合的多级导叶式离心泵转子模态分析

为了研究多级导叶式离心泵转子运行特性,以五级导叶式离心泵为研究对象,采用ANSYS模块下的Woekbench对该五级导叶式离心泵进行无预应力和有预应力下的模态计算。结果表明,旋转离心力对固有频率的影响大于流固耦合力;在同时考虑流固耦合力和旋转离心力的条件下,该五级离心泵的固有频率介于只考虑旋转离心力和只考虑流固耦合力之间,且各阶临界转速更接近只考虑旋转离心力时的临界转速;旋转离心力对各阶振幅的影响较小,而流固耦合力对各阶振幅的影响较大;额定转速小于1阶临界转速的0.8倍,该五级导叶式离心泵转子系统是一个稳定的刚性系统。     

基于流固耦合的卧式轴流泵叶轮模态分析

研究轴流泵转轮的振动特性,对于避免轴流泵工作时发生共振、保证水泵安全稳定运行有重要意义。运用有限元软件ANSYS Workbench,结合流固耦合方法,分析某泵站卧式轴流泵的模态,计算轴流泵叶轮转子在空气和水中的各阶固有频率及其振型,并分析了叶轮固有频率的变化规律及其原因。结果表明,水介质会引起叶轮各阶固有频率的降低,各阶固有频率降低系数的范围为0.10~0.38,降低系数大小与各阶振型有关,水中振型和空气中的振型相似,振幅有所减小,水体的附加振动质量是引起叶轮各阶自振频率降低的原因。     

基于流固耦合的轴流泵叶轮强度分析

对某泵站卧式双向全调节轴流泵在正向抽水工况时各个转角下的叶轮强度进行了单向流固耦合计算,首先将CFD计算得到的叶片表面水压力作为结构面载荷加载到叶片上,再利用有限元软件ANSYS计算叶轮的强度,得到了各个工况下叶轮的静应力分布及变形情况。结果表明,在各叶片安放角下,叶轮静应力最大值随着扬程的升高而增大,且均出现在叶片与轮毂的结合处,应力集中易使此处产生疲劳破坏;最大变形量出现在叶片进水边靠近轮缘位置;静应力的最大值远小于叶轮材料的屈服强度,不足以使叶轮产生裂纹。     

基于流固耦合的斜流泵空间导叶多工况强度分析

空间导叶作为斜流泵的主要过流部件,对改善叶轮出口流场具有重要的意义,探究其内部流动以及与固体之间的相互作用尤为必要。通过对0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d和1.4Q_d5个不同流量工况点进行CFD仿真及流固耦合计算分析,结果显示空间导叶承受的总压随着流量的增加逐渐减小,空间导叶与上下盖板连接位置承受压力较大;随着流量的增加,空间导叶最大应力值和变形量均减小,其所承受应力主要集中于上盖板进口边以及导叶与上下盖板连接处,在上盖板两导叶叶片中间位置变形较为明显。研究结果可为斜流泵空间导叶结构设计和强度优化提供参考。     

基于流固耦合的风力机模态分析

风力机大型化的发展趋势对风力机自身动力学特性的要求越来越高,开展风力机模态分析对于风力机的设计至关重要。文章采用k-ωSST紊流模型和滑移网格技术,对美国国家可再生能源实验室5 MW海上风力机进行了流固耦合模态分析。结果表明,旋转风轮中各叶片变形相互影响,并与轮毂的弹性变形成为一个耦合系统,其固有频率相对于单叶片有较大幅度降低;动力刚化效应使得叶片的固有模态频率增加;考虑风轮的流固耦合效应时,风轮的自振频率要比不考虑流固耦合效应时低;整机在流固耦合作用下一阶模态值大于旋转频率,大于波浪的频率,不会发生共振。     

基于ANSYS的旋喷泵叶轮流固耦合分析

为获得旋喷泵叶轮在设计工况下的等效应力及变形分布情况,基于FSI原理对旋喷泵叶轮进行了结构分析。采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合原理对旋喷泵叶轮结构进行了仿真计算,同时对单独施加离心力载荷或流场压力载荷的旋喷泵叶轮应力与变形分布情况进行了仿真。结果表明,在设计工况下叶轮应力分布不均且在局部区域存在应力集中现象;叶轮变形随半径的增大而增大,并在叶轮边缘达到最大值0.095 887 mm;离心力惯性载荷是影响叶轮应力与变形分布主要因素。     

多工况条件下斜流泵叶轮的强度分析

本研究通过选取0.4Q_d、0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d、1.6Q_d七个不同流量工况点,分别对斜流泵内部流场进行CFD(计算流体力学)仿真分析,结果显示叶轮承受的总压沿径向呈梯度分布,在叶轮进口处压力较小,出口处压力较大。通过流固耦合方法进行叶轮强度的数值计算,分析结果显示:不同流量工况下,叶轮变形量沿径向呈梯度增加,其最大变形量位于叶轮前盖板出口边缘,且等效应力集中点均主要集中于叶轮进口叶片与后盖板连接处。研究结果可为斜流泵叶轮结构设计和强度优化提供参考。     

基于流固耦合的某抽水蓄能电站可逆式水轮机转轮强度和模态分析

以国外某抽水蓄能电站为例,基于Ansys有限元计算平台,利用流固耦合方法研究了电站可逆式水轮机转轮在不同水头下机组流道内的水体对转轮叶片的影响,通过计算预应力和干湿条件下的转轮模态,分析了水体和预应力对转轮振动频率的影响。结果表明,在不同水头水压力作用下,转轮的静应力最大值出现在上冠与叶片相连处,叶片最大变形出现在叶片出水边的中间位置,且随着水头的升高而增大;预应力对转轮模态的影响较小,而水介质因阻尼作用对转轮模态减小效果明显。     

基于流固耦合的某抽水蓄能电站可逆式水轮机转轮强度和模态分析

以国外某抽水蓄能电站为例,基于Ansys有限元计算平台,利用流固耦合方法研究了电站可逆式水轮机转轮在不同水头下机组流道内的水体对转轮叶片的影响,通过计算预应力和干湿条件下的转轮模态,分析了水体和预应力对转轮振动频率的影响。结果表明,在不同水头水压力作用下,转轮的静应力最大值出现在上冠与叶片相连处,叶片最大变形出现在叶片出水边的中间位置,且随着水头的升高而增大;预应力对转轮模态的影响较小,而水介质因阻尼作用对转轮模态减小效果明显。     

基于流固耦合的增压器涡轮叶片结构强度分析

采用ANSYSWorkbench软件建立涡轮流固耦合仿真计算平台。首先,运用CFX软件对涡轮流体域进行流体动力学计算。随后,将流固交接面的温度、压力分布场加载到涡轮固体域表面,并进行稳态热计算。最后,运用ANSYS软件有限元分析模块对涡轮考虑气动温度载荷、压力载荷和离心力载荷的进行综合结构强度计算研究。结果表明,所分析的涡轮叶片根部的中间部分及近出口处存在应力集中现象,与用户反馈的该款增压器使用中涡轮叶片断裂部位较为吻合。     

基于流固耦合的化容补水泵性能分析

设计3组化容补水泵模型,运用Pro/E建立三维模型,由CFD软件仿真,并对水力模型进行试验,对比试验与仿真结果,获取最优模型。通过ANSYS Workbench建立CFD与Static Structural(静力学)和Modal(模态)连接,对最优模型进行分析,以泵三维定常数值计算结果为基础,利用顺序耦合技术,对固体和流体域进行迭代,分析叶轮的静态应力和振型。结果表明,在水压力作用下叶片变形最大位移发生在叶片出水边靠近叶片边缘处,由平衡孔作用,叶片的等效应力相对均匀较小,叶轮轮毂处因叶轮前后面压差作用,等效应力较大。设计工况下,叶轮轮毂变形对振型的影响明显。     

基于流固耦合作用的迎泽湖下盾构隧道稳定性分析

为探索太原地铁2号线盾构隧道下穿迎泽湖段施工过程中存在的安全隐患,基于流固耦合理论,运用FLAC3D建立三维数值模型,研究了盾构掘进过程中隧道拱顶沉降、围岩孔隙水压力、围岩竖向应力及管片应力的分布规律。结果表明,施工过程中,隧道拱顶沉降值逐渐增大,且土体后期固结沉降量所占比重较大;盾构掘进开挖极可能造成隧道拱腰两侧发生涌水事故;随着盾构隧道的推进,围岩竖向应力值逐步变大,且在隧道周边产生应力集中现象;盾构掘进过程中管片衬砌环上无拉应力产生,不会出现开裂现象。     

基于流固耦合的柴油机缸盖缸套温度场模拟分析

以某型中速大功率柴油机缸盖缸套为研究对象,建立了流固耦合传热模型,利用STAR CCM+和ABAQUS软件完成缸盖、缸套的流固耦合仿真分析,研究了冷却水腔的流场、缸盖、缸套的温度场分布规律,为后续缸盖、缸套的优化设计提供了参考依据。     

桩—土—渡槽—水相互作用动力特性分析

目前,对渡槽抗震性能的研究多集中在槽身与水体的流固耦合问题上,对桩土间的动力相互作用则研究较少,然而桩土相互作用会影响渡槽结构对动荷载尤其是地震荷载的反应。为探究桩土相互作用对渡槽结构动力特性的影响,采用大型有限元软件ABAQUS对南水北调中线工程双洎河渡槽建立了同时考虑流固耦合和桩土相互作用的桩—土—渡槽—水三维仿真力学模型,并进行了不同工况下的自振频率及振动模态分析。结果表明,与固结模型相比,考虑桩土相互作用的渡槽结构在地震荷载作用下自振频率减小,桩土相互作用改变了渡槽结构动力特性。     

基于流固耦合的排沙漏斗悬板应力及流场特性分析

为探究不同流量工况下排沙漏斗悬板应力及变形分布规律,基于流固耦合方法,运用Design Modeler对排沙漏斗内部流体域和悬板结构域进行整体建模,并结合大涡模拟和VOF法对漏斗内部的悬板结构和流场进行数值计算。结果表明,随着进入漏斗室流量的增加,悬板所受的应力和变形均呈增加趋势,在悬板与漏斗边壁结合处极易产生应力集中现象,说明在漏斗涡流的作用下此处较易产生应力破坏。且悬板的最大变形发生在空气涡附近即悬板内侧的两个端点处,说明在此处易产生刚度破坏。     

采用变换坐标系法推导坝库系统流固耦合矩阵

利用变换坐标系法推导坝库系统流固耦合矩阵,采用附加质量法分析了坝水相互作用.对地震作用下水体对坝体的影响进行了研究.结果表明,水体在地震初期对坝体的运动有一定阻尼作用,对提高坝体的抗震性能有益,但延长了坝体振动时间,并对坝体后期运动有一定作用.     

考虑流固耦合效应的水下隧道开挖工序模拟

采用FLAC3D数值方法并考虑流固耦合效应对静水平面17 m下隧道施工进行数值模拟,比较分析了不同工法开挖的围岩渗流、位移、应力及塑性区的变化。计算结果表明,CD法需注重隧道拱部预注浆堵水加固,台阶法需加强全断面预注浆堵水加固;考虑流固耦合影响后,隧洞围岩压力相对减小30%;且不同工法开挖〖JP2〗情况下,流固耦合效应对隧道支护结构的扁平效应影响不同;拱顶与拱脚是水下隧道施工应重点关注的部位。     

固结灌浆深度对丹巴水电站深厚覆盖层坝基中流固耦合的影响

中国西南地区水利工程多建于有明显强弱相间结构的河谷深厚覆盖层上,此类大坝通常采用垂直防渗墙或帷幕灌浆等防渗措施,但这些措施不能有效提高坝基承载力,坝基不均匀沉降反而会造成防渗体的破坏和失效。因此,引入多孔介质存储系数S_α,采用有限元软件Comsol Multiphysics建立双场耦合模型,探寻固结灌浆联合垂直防渗墙条件下深厚覆盖层渗流场和应力场演化规律。研究发现,层状深厚覆盖层中,上部弱透水层、弹性模量较小而厚度较大的强透水层是固结灌浆的控制层。当上部关键层固结灌浆后,且灌浆深度达到总坝基深度50%以上时,再增加灌浆深度意义不大。研究成果可为类似工程提供参考。     

叶轮结构对多级离心泵性能及噪声的影响

叶轮是多级离心泵中最为关键的过流部件之一,其结构对多级离心泵的外特性能和噪声特性具有重要影响。选取一典型多级离心泵为例,借助试验测量方法研究了3种叶轮结构变化下多级离心泵的性能表现和噪声特性,在M型多级离心泵专用试验台上进行多级离心泵的性能试验,并使用AS824型声级计来测量多级离心泵在不同工况下的综合噪声。结果表明,叶轮出口叶片1/2径切有助于提升多级离心泵的水力性能,但会增强其综合噪声强度;减小叶轮直径可小幅降低噪声强度,但其对噪声的抑制作用并不明显;减小叶片直径可较大幅度降低多级离心泵的综合噪声强度,但会使多级离心泵的性能明显降低,在满足性能要求的情况下可通过减小叶片直径来实现多级离心泵的降噪抑噪。