土壤中非稳定耦合渗流问题的拟解析解及压力动态特征

在考虑多孔介质中流体流动与岩土介质耦合作用的前提下 ,基于流固耦合力学理论 ,建立了土壤中非稳态渗流问题的流固耦合数学模型 ,并对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行拟解析求解 ,讨论其压力动态特征 ,分析压力随饱和度 S及时间 t变化的情况 ,为实验室确定压力饱和度渗透率三者之间的关系提供理论依据。     

多孔介质两相流的统一毛细压力——饱和度关系曲线

有机污染物（ＮＡＰＬｓ）在地下水非饱和区和饱和区中的运动属于多孔介质中的多相流问题，其中毛细压力与饱和度的关系是求解多相流运动方程的基础。前人的研究表明，对于一定的多孔介质，建立其中任意两相流的统一毛细压力－饱和度关系曲线是可能的。利用多孔介质毛细管模型，得到了利用气－水两相的毛细压力－饱和度关系式推求气－ＮＡＰＬ、水－ＮＡＰＬ两相的毛细压力－饱和度关系的毛细压力折算系数。从而得出对于同一介质中的     

基于双向流固耦合水平轴风力机输出功率分析

针对流固耦合作用影响风力机的气动性能问题,基于CFX与ANSYS对风力机双向流固耦合模拟及未考虑耦合的风力机流场和结构场进行模拟,探究在额定工况下流固耦合作用对风力机输出功率影响情况.通过对比分析耦合前后的叶片表面压力分布、叶片的变形、风轮的扭矩进而研究风力机输出功率的变化.结果表明:考虑流固耦合作用时,风轮压力面的正压值基本不变,吸力面的负压值明显减小,叶片表面的压力差增大,而叶片在流固耦合作用下表面压力分布趋势无明显变化;叶片主要变形集中在靠近叶尖处,且越接近叶尖变形越大,呈非线性分布,叶片在流固耦合后的变形量相对未耦合增大,叶片的变形主要是沿着轴向的挥舞变形;且叶片的扭矩也更大,流固耦合作用下计算风力机输出功率为383 W,比未耦合增大1.6%,与试验值更接近.     

流固耦合系统振动分析方法

根据流体与固体本构关系,采用模态综合技术得到了流固耦合振动分析数学模型;同时探讨了其求解过程及解析结果的物理意义。     

基于双向流固耦合的混流泵叶轮力学特性研究

基于双向同步求解方法对混流泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究流固耦合作用下混流泵叶轮转子的力学特性。流场计算采用雷诺时均方法和标准k-ε湍流模型,结构响应采用弹性体结构动力学方程。通过对比分析流固耦合前后流道内不同位置压力监测点的压力脉动、外特性变化,研究流固耦合作用对混流泵流场的影响,并基于双向流固耦合分析了叶轮叶片的变形与动应力分布。研究结果表明,流固耦合作用对导叶出口处压力脉动幅值影响较大,耦合后扬程和功率波动幅值有所增加,而效率有所下降。考虑流固耦合作用,叶片最大变形发生在叶片出口边背面靠近轮缘处,最大变形量约为0.062 7 mm;最大等效应力发生在叶片背面靠近轮毂出口边附近,最大等效应力约19.85 MPa;采样点耦合动应力呈现周期性变化,轮缘与轮毂上动应力幅值相差3个数量级,轮毂处相比其他位置更易发生疲劳破坏。研究结果为混流泵叶片的结构设计和可靠性分析提供了参考依据。     

高压核电平板闸阀的设计与数值模拟

针对核电工业的需要设计了公称压力为25 MPa、公称直径为150 mm的高压电动平板闸阀,介绍了其主要结构的设计及计算方法.分析了阀门开启状态下流动压力损失的产生原因及分布区域.对阀门进行了流固耦合计算,以研究介质载荷对其结构产生的影响.建立了闸阀及水体的三维模型,利用CFX软件对模型进行网格划分并定义边界条件,计算后得到了介质流动状态下的压力、速度分布,并指出了产生压力损失的主要部位.利用Ansys软件将介质载荷施加到闸阀上进行流固耦合分析.结果表明,介质在阀座区产生涡流损失,阀座区之后静压值明显下降,流道壁面处流速减小,闸阀中腔上部的压力降和速度都很小.闸阀的流阻系数为0.093,闸阀的最大变形为19.4μm,最大应力值为70.8 MPa,分别位于阀座出口端的顶部和侧面;开启状态下闸阀的变形及应力均在允许范围内.     

镶嵌式仿生耦合功能表面流体介质控制机制研究

模拟海豚镶嵌式皮肤结构,设计一种仿生耦合功能表面。利用ANSYS-Workbench软件对镶嵌式仿生耦合功能表面进行双向流固耦合计算,流体计算采用CFX下的标准k-ε湍流模型,固体计算采用Transient structural。模拟结果表明,耦合功能表面湍动能、表面速度明显降低,表面柔性材料产生位移变形。模拟结果表明,表面柔性材料通过变形与基底刚性材料耦合,通过对流体介质的顺应实现对流体介质的控制;通过表面材料的弹性变形吸收部分能量,有效降低了流体介质的湍动能,避免了流固交界面能量过分交换而带来的能量损失。     

动压型机械密封内流场及性能的流固热耦合

为了分析液体动压型机械密封环变形对间隙液膜特性的影响,基于Workbench平台建立动环-液膜-静环的双向流固热耦合计算模型,对变形后的内流场进行模拟计算,对双向流固热耦合前后内流场的压力、温度以及螺旋槽内速度进行对比分析,并比较了流固热耦合后开启力、摩擦扭矩以及泄漏量的变化.研究结果表明:经过双向流固热耦合计算后,液膜在动环端面附近受压缩,在静环端面附近沿周向呈明显波浪状周期性波动,外径处液膜平均厚度减小、内径处液膜平均厚度增大,液膜厚度最大变化约16.0%;双向流固热耦合前后压力场、温度场分布规律类似,但液膜最高压力明显变大,在文中计算工况下变大约67.0%,液膜最高温度略有变大,螺旋槽根部附近液体流速降低;考虑了流固热耦合变形后,液膜开启力变大,摩擦扭矩略微变大,泄漏量明显变大,且转速越高各密封性能参数的变化越大.     

多孔介质两相流的统一毛细压力--饱和度关系曲线

有机污染物(NAPLs)在地下水非饱和区和饱和区中的运动属于多孔介质中的多相流问题,其中毛细压力与饱和度的关系是求解多相流运动方程的基础. 前人的研究表明,对于一定的多孔介质,建立其中任意两相流的统一毛细压力饱和度关系曲线是可能的.利用多孔介质毛细管模型,得到了利用气水两相的毛细压力饱和度关系式推求气-NAPL、水-NAPL两相的毛细压力饱和度关系的毛细压力折算系数.从而得出对于同一介质中的任意两相流动,只要某两相的毛细压力饱和度关系(一般选择气水两相)已知,其它任意两相的关系都可以通过所得出的毛细压力折算系数而得到.     

毛细压力——饱和度关系的试验研究

试验测定了５种典型土样和砂样的毛细压力与饱和度的关系曲线，用Ｌｅｖｅｒｅｔｔ函数处理试验结果并与前人的结果进行比较分析，得出对于渗透率量级在１０＾－７～１０＾－９ｃｍ＾２间的土和均质砂，用Ｌｅｖｅｒｅｔｔ函数析算的元量钢的毛细压力－－饱和度关系曲线可以很好地统一到一条曲线上来，且－０．６５的结果更优。实测的不同饱和度情况下毛细压力水头与数学模拟结果的ａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ的表达式更适合于土的情况     

混流式水轮机固定部件动力特性分

提出了一种混流式水轮机固定部件动力分析附加质量的计算方法,通过引入质量单元将附加质量添加到固定部件结构的有限元控制方程,使用附加质量模型简化计算部件结构的流固耦合效应。与基于压力－位移格式的计算模型相比较,基于本文附加质量的模拟方法是可行的。     

流固耦合方法在农业工程中的应用

利用流固耦合方法解决农业工程中物料与其所处流场间相互作用及质量、动量和能量的相互转换对作业效果的影响是现代农业机械设计及优化环节中的研究热点和难点。从流固耦合方法的基本原理出发，阐述在农业工程各典型环节流固耦合方法的应用现状和发展趋势。对基于流固耦合的数值模拟仿真及其应用推广所面临的主要问题进行分析和总结，指出农业物料颗粒模型还原度低和网格模型验证方法缺失是流固耦合方法在农业工程领域中进一步发展的制约因素。加强颗粒模型和网格绘制的基础研究工作，将促使流固耦合方法在农业工程领域得到较大范围的推广与应用，并且向多元化方向发展。与此同时，推动更适合农业物料建模的软件平台开发，提高计算机计算能力，提升模型计算效率和准确性是今后的研究方向和工作重点。     

流固耦合作用对螺旋离心泵流场影响的数值分析

为研究流固耦合作用对螺旋离心泵内部流场的影响,以ZJ200-25型螺旋离心泵为研究对象,应用计算流体力学软件CFX12.1和有限元软件ANSYS Workbench对螺旋离心泵进行了考虑内部流场和结构相互作用的两场交替联合求解,并以相同的设置对不考虑流固耦合作用的内部流场进行了计算.对比分析两种计算方法得到的流场发现,考虑流固耦合作用后:泵进口处的压力波动加剧,出口压力波动强度降低,进出口波动频率不变,但相位有改变;速度分布满足共同的规律,但在小流量工况下差别最大,同时在叶片与隔舌处于相干位置时,隔舌附近流动也受到明显影响;径向力大小随时间变化规律一致,但波动范围减小;考虑流固耦合作用后叶轮流道内流动更加不对称.     

双蜗壳离心泵的流固耦合分析

对一比转数为109的双蜗壳离心泵进行了同时考虑叶轮和蜗壳结构场的双向流固耦合分析,分析了流固耦合作用对泵外特性和内流场分布的影响以及不同时刻泵的结构场的结构变形与等效应力的分布。研究发现,考虑流固耦合作用后数值计算得到的平均扬程预测精度提高了0.7%;流固耦合作用对叶轮的内流场影响小,对蜗壳螺旋段的压力分布和扩散段的速度分布影响较大;不同时刻泵结构场的变形分布有较大差异,但等效应力分布的差异较小;当叶片正对蜗壳隔舌时,结构变形和等效应力都达到了最大值。     

多尺度有限元法在地下水拟三维数

建立基于多尺度有限单元法的拟三维数学模型，模拟非均质多孔介质中的三维地下水流问题。根据多孔介质中区域饱和－非 饱和水分运动的特征，将三维流动转化为拟三维流动模型。对参数水平方向渐变的非均质多孔介质中的三维地下水流用多尺度有限单元法和传统等参有限单元法进行了计算，结果表明在模拟非均质多孔介质中的三维地下水流问题时，多尺度有限单元法比传统有限单元法有效，既节省计算量又有较高的精度。     

基于流固耦合的压缩机阀片疲劳寿命分析

车用空调涡旋式压缩机阀片工作在交变载荷及高温环境中,阀片的性能及寿命影响整机性能。基于此,使用Star-CCM及ABAQUS软件作为流固耦合平台,建立了阀片的流固耦合双向仿真模型,在压缩机最大排气压力工况条件下得到了阀片的结构应力分布云图;基于Miner准则使用MSC.fatigue软件预测了在修正S-N曲线条件下的阀片疲劳寿命。为复杂工况条件下结构的疲劳寿命预测提供了较好的分析理论与方法。     

基于泵轴流固耦合的双向流道轴流泵装置的数值分析

首次采用双向同步求解的方法对一台灌排双向轴流泵装置的内流场和泵轴结构响应进行联合求解,运用雷诺时均Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型进行三维非定常计算,采用多重坐标系法,结构响应基于弹性体结构动力学方程。对比分析了流固耦合作用前后出水流道中静压和速度分布以及导叶出口面上的压力脉动情况和湍流动能分布,并将外特性的计算结果与试验值进行了对比。分析结果表明:与不考虑流固耦合相比,出水流道中静压相对较大的区域面积增大,而流速分布变化较小;导叶出口面上压力波动的相位发生改变,脉动强度也增大;小流量下,耦合作用使得导叶出口的湍流动能增大,而设计流量和大流量下,湍动能分布变化较小。此外,外特性的吻合性也说明了模拟计算的可靠性。总体来看,流固耦合前后其流场的分布规律虽然趋势一致,但也有一定的区别,对大型双向轴流泵装置流固耦合计算更能反映实际情况。     

基于流固耦合方法的压力补偿滴头水力特性研究

采用流固耦合方法对压力补偿滴头水力特性进行了数值模拟,得到了该滴头的压力流量关系、内流场分布及膜片变形量。通过与试验实测结果的对比分析表明,数值模拟与实测的滴头压力流量关系较接近,为研究压力补偿滴头内流场分布与水力特性之间的关系提供了一种新途径。     

叶片在水体下的模态分析

采用ANSYS有限元软件，对叶片进行了空气介质与水体介质下的模态分析，提出了解决水体介质中模态分析的固－－液耦合的方法，比传统的经验方法具有更高的计算精度，使叶片在水体中的固有频率能够准确地避开激励频率。     

柴油机流固耦合系统稳态传热数值仿真

建立活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热系统，并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能，把单个零件的传热外边界条件变成内边界，使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例，用ANSYS软件对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真，得到了耦合系统的温度场和流场云图。活塞关键点温度的计算值和实验测量值对比表明：用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的，且仿真结果与实测数据吻合较好。