大型风力机尾迹双向流固耦合特性分析

风力机尾迹区域的流场特征对风电场的优化布置具有重要意义。文章基于流固耦合理论,采用ANSYS+FLUENT方法和滑移网格技术对NREL 5 MW风力机的尾迹特性进行了系统分析。结果表明:在风力机近尾迹区流固耦合情况下风力机的输出功率和轴向推力更接近NREL设计值;在远尾迹区、双向流固耦合情况下,轴向速度更早地在风力机下游6倍风轮直径X=6D处达到来流速度,而湍流强度也提前在X=2D处出现拐点开始下降,在X=6D处达到9.8%,流场进入低湍流度区,从而得到了风力机合理布置方面的重要结论,这将对风力机合理布置和风电场经济性的提高提供一定的参考。     

喷油冷却活塞传热过程的流固耦合分析

应用ANSYS Fluent软件建立发动机活塞及其冷却结构三维瞬态流-固-热耦合模型,通过燃烧计算得到燃气平均温度与平均传热系数,作为燃烧室壁面热边界;活塞及其冷却结构采用流固耦合计算,使用两相流流体体积(VOF)模型与动网格模拟活塞喷油冷却过程;通过瞬态传热数值仿真,得到活塞振荡油腔流场云图、油气分布云图、冷却油腔传热系数及活塞温度分布,与标定工况下活塞温度测试数据对比分析,研究结果表明:仿真结果与测试数据误差在5%以内,由此说明应用活塞流-固-热耦合仿真方法可以较好模拟柴油机活塞及其冷却结构瞬态传热。     

基于流固耦合的风力机塔筒动态特性分析

塔筒动态特性分析对风力发电机的振动设计起着关键作用。文章以1.5 MW风力发电机塔筒为研究对象,将叶片旋转和随机风载荷作为载荷输入条件,建立风力机塔筒叶片旋转载荷模型、流固耦合风载荷模型、结构动力学方程,分析计算得到随机载荷下叶片旋转和风载共同作用时,风力机塔筒动态特性评估方法。     

基于流固耦合的离心风机叶轮动力特性分析

采用数值计算软件CFX和Ansys对离心风机叶轮进行了流固耦合模拟研究,对叶轮的强度、模态和振动特性进行了计算和分析.结果表明:考虑流固耦合作用后,风机的气动性能几乎没有变化,但是叶轮最大总变形量减小2.5％,最大等效应力增大3.6％;考虑预应力效应后,叶轮的固有频率提高,且不同阶次条件下的提高幅度不同;在稳定运行工况下,叶轮周围气流压力的主要脉动频率与叶片通过频率相同;叶轮的固有频率部分落入局部共振区域,该区域的等效应力远小于叶轮材料的疲劳极限,不会导致叶轮疲劳破坏.     

基于流固耦合的混流式转轮受力与振动特性分析

围绕转轮结构稳定与机组安全运行问题,基于流固耦合理论,对混流式水轮机进行流场仿真与转轮结构响应求解.首先,将流道水压作为荷载进行静力学计算,校核转轮强度,并获取不同工况下应力与变形分布;然后,开展瞬态计算,探究转轮动应力随时间的变化规律;最后,通过预应力模态计算获得多阶振频与振型,分析水力共振的可能性.结果 表明,受力...     

汽车排气系统流固耦合分析研究

主要研究了气流对排气系统振动特性的影响。利用ANSYSWorkbench分析软件对排气系统作了流场分析、静力学分析、模态分析的数值模拟研究,并在此基础上完成了流固耦合分析,对耦合及非耦合的结果进行了对比。研究结果表明,气流对排气系统结构振动和变形的影响主要在低频区,与非耦合相比,耦合模态频率最大增幅可达3.5%,振型最大偏离为2mm,为进一步优化排气系统结构提供依据。     

考虑流固耦合的泵站压力管道激振特性有限元分析

为探究大型高扬程泵站压力管道运行时高频激振的诱因和振动特性,以甘肃省景电二期总干七泵#1压力管道为研究对象,采用附加水体质量法建立基于ANSYS有限元的简化流固耦合仿真模型,对压力管道的激振特征进行数值模拟,分析不同机组启闭工况下压力管道的振动模态及位移变形规律,揭示压力管道的主要振动变形特性。结果表明,在多种运行工况下,压力管道弯管段和大小管连接段振动比较明显,且高阶模态的振型振幅高于低阶模态,不易被激振的出水管随着阶次的增高也逐渐产生振动变形。经DASP测试系统现场振动监测表明,数值模拟结果与现场测试结果吻合良好。该结论可为高扬程泵站压力管道避振、减振优化设计提供技术支撑,也为同类泵站工程的更新改造设计和安全运行提供理论依据。     

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。     

亚克力透明喷油嘴的流固耦合分析

基于亚克力(PMMA)透明喷油嘴内流动的试验研究结果,构建了透明喷油嘴的三维模型,通过流固耦合(FSI)方法对透明喷油嘴的固体变形及应力分布情况进行模拟研究。模拟结果表明,透明喷油嘴的变形与应力均主要集中在压力室及喷孔入口处,其中压力室入口处应力最大,超过胶粘剂的粘黏强度是造成透明喷油嘴产生裂缝失效的主要原因。同时分析了孔内流体体积随入口压力的变化情况及固体变形对孔内流体流动特性的影响。结果表明:在使用透明喷油嘴喷油时,固体产生的变形会造成在针阀关闭后柴油完全断流的时间较实际喷油嘴有所延后,最后喷出的质量也略大,导致试验过程中在喷油结束后存在较长时间的滴落现象。     

考虑流固耦合的充水式橡胶坝自振特性研究

为保证实际运行中橡胶坝的结构安全,考虑坝体和水体流固耦合的相互作用,利用有限单元法计算了充水式橡胶坝的自振频率和周期,研究了不同坝高、内压比及上游挡水等对橡胶坝自振特性的影响。结果表明,充水式橡胶坝的振动为坝体的整体振动,自振频率较小,振动方向主要为顺河向;随着坝高的升高,坝体的基频变小,自振周期变大;随着内压比的增加,坝体的基频变大,自振周期变小;上游挡水时的自振频率较无水时的有明显降低,可为橡胶坝设计提供参考。     

基于双向流固耦合的海上风力发电塔架风致响应特性分析

针对海上风力发电塔架风致响应特性,利用有限元分析软件Solidworks建立塔架叶片耦合结构模型进行模态分析,分析各个振型形成的原因及影响。结合Davenport脉动风速谱,利用双向流固耦合法,对塔架叶片耦合结构进行动力学参数变化分析,并在耦合结构作用下,对塔架及叶片进行位移变化分析。结果表明:耦合结构的第一阶振型为叶片前后弯曲,塔架无明显变化;耦合结构的第二阶振型为叶片垂直摆振,与扭转变形相耦合,塔架最大水平位移为0.58 m,塔架的水平位移无规则变化,变化幅度较大;耦合结构的第三阶振型为叶片俯仰挥舞,与叶片弯曲振型相耦合;塔架叶片耦合后的叶尖位移偏移量呈脉动性变化,塔架的惯性矩较小。该结果为海上风力发电塔架运行过程中动力学参数的变化及状态监测提供参考。     

基于流固耦合作用下泵送混凝土管破损的力学特性分析

为明确混凝土泵送过程中弯管处的冲蚀破损机理,寻求合理的改善方法,利用ANSYS双向流固耦合流动模型,采用颗粒多相流和管道壁面相互作用传递数据的方式,模拟龙开口#1隧洞的泵送过程,得到应力、应变、应变能的变化曲线和云图。结果表明,泵送混凝土管道内部的应力、应变、应变能随时间呈现波动变化,持续的应力波动导致管材疲劳,增加了材料老化和破损几率,这是导致弯管处材料硬化开裂的主要原因,且弯管上半部分的应力峰值更高更易破裂。研究成果对于改进弯管处设计有重要意义。     

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。     

基于流固耦合的压气机叶片结构分析

采用弱耦合的方式,通过workbench软件中的MFX-ANSYS/CFX耦合平台对涡轮增压器的压气机结构进行了仿真模拟。得到了在流体作用下压气机叶片的变形与应力分布情况,以及叶片的在不同转速下的各阶固有频率,为压气机的结构优化、控制叶片振动提供了理论依据。     

MSR局部结构的流固耦合有限元分析

基于汽水分离再热器(MSR)局部减薄失效问题,采用ANSYS Workbench有限元分析软件建立流固耦合有限元模型,研究工况中MSR的流体流场和壳体应力分布,探讨补焊对MSR局部结构的影响。模拟结果显示,补焊前的残余应力分布情况与实际减薄情况相符;补焊后MSR局部结构的残余应力分布更加均匀。     

颈内动脉狭窄局部的流固耦合有限元分析

【摘要】 目的 研究不同狭窄程度颈内动脉的血流动力学特点,探索颈内动脉狭窄局部粥样硬化斑块形成和发展机制。方法 基于颈动脉CTA图像构建颈内动脉轻、中、重度狭窄模型,并予流固耦合（FSI）有限元分析,检测1个心动周期内颈内动脉狭窄近端、喉部和远端的壁面压力（WP）、壁面剪切力（WSS）和血流速度。结果 随着狭窄程度增加,WP在狭窄喉部和狭窄远端明显降低;WSS在狭窄喉部逐渐增大,在狭窄两端逐渐减小;血流速度在狭窄喉部增加,在狭窄两端减低,且狭窄远端湍流越发明显。结论 随着颈内动脉狭窄程度增加,脑供血量逐渐降低,缺血性脑卒中和狭窄处斑块易损概率增大,促进狭窄远端更易形成斑块。基于FSI有限元分析,可对不同颈内动脉狭窄局部粥样硬化发生和发展作出客观评价,有助于临床预防和治疗评估。
     

基于流固耦合的风力机叶片模拟分析

文章选取风轮直径为2 m的水平轴风力机为研究对象,采用数值模拟计算的方法研究叶片在不同工况下的位移及应力/应变。研究结果表明:气动载荷使叶片产生挥舞方向的变形,且在展向上有较大幅度的位移;随着风轮转速的增加,叶片的位移有明显的增加,沿弦向前缘压力大于后缘的压力,沿展向叶根处变形要小于叶尖。     

考虑流固耦合的大型渡槽动力分析

针对渡槽动力性能对大型水利工程安全运行的影响问题,基于南水北调工程中某大型（三槽）渡槽工程构造型式,利用大型有限元分析软件建立了三维有限元模型,并对槽中无水及送水工况进行了动力特性和地震动力时程相应分析。结果表明,在动力反应中,槽内水体有明显的震荡,不同工况下渡槽的动力特性及动力响应都有明显的区别;渡槽侧墙是结构的抗震薄弱部位,在地震作用时正常运行工况下侧墙高度能够保证槽内水体不溢出。     

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。