基于单向流固耦合的潮流能水轮机叶片强度及模态分析

叶片作为潮流能水轮机叶轮的关键部件,在其工作过程中受到水流的作用力,会对其安全性与稳定性有一定的影响。文中基于Workbench,先用CFX软件对水平轴潮流能水轮机叶轮在正常流速和最大流速情况下所受流体作用力进行了稳态数值模拟;然后在Workbench内完成流体域和结构域两个物理场之间数据的传递,采用单向流固耦合的方法将流场载荷施加到叶片结构上并对其进行了强度分析,得到了叶片变形及应力的变化情况;最后对叶片进行了模态分析,得到叶片各阶模态振型、频率及最大变形量,并且对结果进行了分析。     

半开式离心压缩机叶轮叶片单向流固耦合分析

采用非结构化网格有限体积法和有限元方法,进行了不同工况半开式离心叶轮叶片单向气动与强度流固耦合分析。根据计算结果,分析了设计工况下叶片分别在气动载荷、离心惯性力载荷和耦合前两种载荷下的变形、应力分布。并对比分析了不同工况下气动载荷和耦合气动载荷和离心惯性力载荷情况下叶片的最大总变形和最大应力。得出了3种载荷情况下半开式离心叶轮叶片变形和应力的分布特征,探讨了工况变化对叶片的最大总变形和最大应力的影响。     

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。     

长短叶片叶轮双吸离心泵径向力数值仿真

将1200S56型单级双吸离心泵原型叶轮改型为长短叶片复合叶轮,以该改型双吸长短叶片复合叶轮离心泵为研究对象,基于CFD理论对该离心泵内部流场进行数值仿真。通过改变边界条件获得不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压、速度分布。采用叶轮出口压力法分析该离心泵在不同工况下的径向力,并与原型叶轮离心泵径向力分析结果对比。结果表明:采用长短叶片复合叶轮使叶轮出口的静压力及绝对速度变大,增加了离心泵的扬程,有效的提高了泵的整体水力性能;短叶片的增加使该泵径向力的最小值点向大流量偏移,出现在1.2倍额定流量工况,最小值由原型叶轮的5574N减小到1494N;采用长短叶片复合叶轮改善了泵在大流量工况下的径向受力情况。     

基于ANSYS Workbench的叶轮流固耦合分析

为了分析叶轮在工作条件下的受力、变形情况,需要对叶轮进行流固耦合分析。叶轮的叶片均布在轮毂上是圆周阵列的结构,可选择其中一个叶片进行分析。叶轮在流场中变形相对流场整体尺寸很小,因此可忽略叶轮对流场的影响,从而采用单向流固耦合分析方法。这样既简化了结构,又减少了计算时间。     

离心泵叶轮流固耦合分析

基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明,各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小,在0.4倍设计流量工况下最大为10.581MPa;叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大,在设计流量工况下最小为0.0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。     

潮流能装置主轴及叶轮叶片技术研究

潮流能技术是目前发展最为强劲的海洋能利用技术。在简述潮流能技术发展优势的基础上,针对潮流能发展关键技术——主轴及叶轮叶片技术的发展现状进行了详细地探讨。从国外资料可知,无论是采用水平轴叶轮叶片技术还是采用垂直轴叶轮叶片技术,均有可借鉴的技术特色,深入研究这些技术的运用环境及发展现状,对我国潮流能技术的开发具有较好的实用价值。     

基于动态模态分解的叶道涡非定常解耦与重构

为进一步探索混流式水轮机偏负荷工况下叶道涡的演变机制,引入动态模态分解方法并结合数值模拟与实验对水轮机叶道涡的非定常流场进行相干结构的解耦.数值结果表明,叶道涡呈低频特性,演化的主频为0.5倍水轮机转频;涡管状叶道涡空腔起源于叶轮上冠,并与叶片背面的片状涡连为一体.应用动态模态分解方法获得了叶道涡速度场的动态模态,并将...     

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。     

变叶片数和长短叶片结构对离心叶轮内三维粘性流场的影响

采用数值计算方法来研究离心叶轮内的二次流和射流一尾迹结构,通过改变叶片和采用长短叶片结构等方法分析其对离心叶轮内流场的影响,并得出了两项结论。     

电阻点焊离心泵叶轮有限元分析

为准确计算电阻点焊叶轮在流场中的应力及变形情况,借助CAE多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,采用单向流固耦合方法对电阻点焊叶轮进行有限元分析。首先对叶轮有限元模型的网格无关性进行分析,在此基础上,计算了叶轮在设计工况下的等效应力及变形情况,并分析了叶轮最大等效应力及最大总变形随流量的变化情况。计算结果为电阻点焊叶轮结构设计及优化提供有效依据。     

液力变矩器导轮叶片表面压力测量与分析

为深入理解液力变矩器这种典型旋转叶轮机械内部复杂三维流动现象,获取导轮叶片表面典型部位压力分布规律,提出一种定子叶片表面液体压力场测试方案,通过在导轮叶片压力面埋入微型动态压力传感器,对不同输入转速和速比工况下的导轮叶片表面典型部位压力进行试验测试并进行流场数值模拟对比。结果表明,测试数据与模拟结果高度吻合,较准确地描述了叶片表面压力场的变化趋势,叶片表面压力脉动频率与旋转叶轮转速及叶片数有关。这种压力测试方法不仅能对流场数值模拟进行有效性验证,同时也能为叶轮动态性能设计提供参考依据。     

低比转速叶轮内部流动的数值计算

为了解复合叶轮内部流动特性,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对4长叶片的普通叶轮和4长4中8短16叶片的复合叶轮内部流动进行了数值模拟,得到了设计工况下两种叶轮内部流场分布,分析了中、短分流叶片对叶轮内部流场的影响。计算结果表明:采用长、中、短叶片设计的复合叶轮可以改善流道内流场分布,提高长叶片吸力面压力,有效地阻止液流的脱流,复合叶轮可以获得更高的静压差,有效地提高了离心泵的扬程。     

双蜗壳离心泵径向力数值分析

利用CFD软件Fluent对某输油泵的不同工况作流场计算.计算采用雷诺时均方程和标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.通过对比试验曲线与数值计算外特性曲线,发现两者比较吻合.对单蜗壳和双蜗壳进行了模拟计算,得到了不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压分布,再将径向力计算模型简化,计算出各个工况下叶轮所受的径向力,通过对比不同蜗壳的径向力,可以得出双蜗壳能有效的平衡径向力.     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力分析

混流式水轮机转轮在正常运行时,会因为水利因素导致转轮叶片发生疲劳断裂或者出现裂纹,为了让机组在合适的工况和频域区间运行,避免因为应力或是振动等问题发生叶片失效。基于流固耦合理论,采用顺序耦合法,通过建立转轮模型、CFD分析、流固耦合应力分析以及振型仿真等操作,分析额定工况和飞逸工况下的运行规律。     

可逆式水轮机变工况研究

针对抽水蓄能电站稳定性的要求,利用可逆式水轮机水泵工况断电过程中蜗壳出水边的压力始终保持恒定（水轮机工况的水头）,机组转速连续变化这一规律,根据转速的不同来选取不同的工况点。在Fluent软件中,通过变换转轮的边界条件设置,可模拟可逆式水轮机水泵断电过程不同工况点水力变化,计算时采用雷诺时均方程和RNG肛￡湍流模型,压力和速度耦合采用半隐式（SIMPLEC）算法。对可逆式水轮机不同工况点模拟结果进行了分析总结,数值试验结果直观地反映了可逆式水轮机水泵工况断电的不同工况点、叶片表面的压力分布、蜗壳内部的流场漩涡分布、水力损失等,对可逆式水轮机的转轮设计和结构优化有一定的应用价值。     

低流速水轮机叶片水动力性能分析

为了在低流速下提高水轮机的效率,利用计算流体力学软件Fluent对设计在低流速下工作的叶片进行数值模拟,研究尖速比对低流速水轮机叶片的功率特性、流场特性的影响。研究结果表明:尖速比不仅会影响叶片周围的流场,而且对叶轮尾流场有一定的影响,尖速比越小,其尾流场恢复的越快。     

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。     

利用三维紊流数值模拟进行离心叶轮设计比较

通过设计工况和非设计工况下叶轮内三维紊流数值模拟,比较了两种离心叶轮中的内部流动,以时均的N－S方程和标准k-ε模型为基础,在贴体坐标系中运用SIMPLEC算法进行计算,计算得到了两种叶轮内的流速,压力场分布,预估了水力效率,并与效率试验值进行了比较。计算结果表明,三维扭曲叶片叶轮在流速场,压力场分布,能量性能等方面均优于圆柱叶片叶轮。     

基于BEM理论的双转子水平轴潮流能水轮机叶片设计

基于叶素-动量理论,采用Wilson修正计算模型,编写了叶片优化计算的MATLAB程序,获得了计算弦长和扭转角,并进行了修正;通过坐标变换可得出叶片截面的空间坐标,导入Pro/E中,从而实现了叶片及叶轮的程序化设计和三维造型;采用双转子结构应对潮流周期性往复运动的特点,提高了潮流能的利用率,且结构简单,便于应用。