潮流能水轮机单向流固耦合计算方法

基于ANSYS和CFX软件实现了垂直轴潮流能水轮机单向流固耦合瞬态计算。将二维CFX流体计算结果作为水轮机受力,将流体与结构中相对应的节点压力施加到结构有限元模型上,从而完成水轮机工作状态主轴应变计算。将计算结果与实验结果进行对比发现二者吻合较好,说明单向流固耦合方法是将流体计算结果传递到结构分析的有效方法,在潮流能水轮机叶片小变形的条件下能够准确的预报结构响应的趋势,有效的计算垂直轴水轮机的结构强度,对其结构校核起到很好的指导作用     

基于自由涡尾迹方法的大型风力机动态响应和尾迹研究

针对大型风力机,在当作柔性和刚性风力机时,可以通过气动和结构耦合动力学用来研究两者尾迹和载荷的区别。在设计和校核阶段,需要考虑风力机结构载荷影响的动态特性和气动性能变化。采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,分析了叶片挥舞和摆振动态响应。采用模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且进行数值求解该方程。结果表明:风力机考虑柔性变形后,对尾迹形状、动态响应和气动性能产生一定影响。这种柔性和刚体风力机的差异表明气动结构耦合效应对风力机的设计和性能计算具有重要意义。     

潮流能水轮机叶轮压力脉动特性分析

潮流能水轮机周围流场的压力脉动是影响水轮机运行稳定性的关键因素之一。基于CFD单、双向流固耦合方法和滑移网格技术,对水平轴潮流能水轮机叶轮实施了三维数值模拟。通过分析水轮机周围流场的非定常流动,得到了三种不同工况下叶轮的应变特征、各监测点的水压力脉动和频域振动特性。计算结果显示:双向流固耦合计算得到的最大变形量与最大应力值均较单向流固耦合时略大,随着水流速度的增加,叶轮叶片的应变量增幅与有效应力增幅逐渐降低;水轮机的压力脉动幅值由叶尖到叶根基本呈递减趋势;水轮机压力脉动的主频率集中在相应工况的叶频附近,且水轮机叶片背面的压力脉动比正面的波动程度要剧烈。     

水下大振幅压电纤维致动柔性结构的非线性流体动力特性及实验

水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维（Macro Fiber Composite, MFC）致动柔性结构的非线性流体动力特性,建立了流固耦合振动模型,并进行了实验验证。通过参数化的二维CFD分析了不同特征振动频率及振幅下柔性结构周围流场的分布演化规律,发现随着柔性结构特征振幅增大,其周围流场逐渐出现了涡旋脱落及对流现象,且流体阻尼效应的非线性随之增强。提出了由特征振动频率和振幅共同确定的非线性修正流体动力函数解析表达式,分析结果表明：在小振幅情况下,修正流体动力函数虚部也就是流体阻尼效应随着特征振动频率的增大而减小;而当特征振幅增大到一定值后,流体阻尼效应随着特征振动频率的增大却呈现出先减小后增大的变化规律,具有强烈的非线性特性。开展了水下MFC致动柔性结构振动特性验证实验,证实柔性结构在MFC主动激励下的实测幅频、相频特性与理论预测结果基本一致,验证了所提修正流体动力函数表达式及流固耦合振动模型的有效性。     

流固耦合S-型自主游动柔性鱼运动特性分析

以S-型游动鱼作为对象,采用不可压缩Neo-Hookean材料描述鱼游动过程中的柔性变形及其与流体相互作用产生推力的自主游动特性。基于浸入边界法(IBM)的有限单元(FEM)离散模型,模拟了考虑鱼体肌肉作用力效应的柔性鱼在不可压缩粘性流体中自主游动的动力学过程,分析了流固耦合柔性鱼的游动机制及柔性变形的水弹性动力学特性。研究发现:随着鱼尾部不断呈S-型往复摆动,鱼体运动速度也呈波动形状,且受流固耦合的水动力学特性控制,并与鱼体的刚度密切相关。游动过程中,在鱼头的部位首先有涡旋形成,随着鱼向前游动,这些涡旋附着在鱼体表面向后滑移,并在鱼尾末端脱落形成S-型状的尾流。S-型状尾流直接影响鱼游动的速度及稳 定性。     

微管道中Cu-水纳米流体的流动特性(英文)

采用数值模拟和实验相结合的方法,对压力驱动下质量分数为1%的Cu-水纳米流体在直径分别为25μm和50μm且长度不同的微管道中的流动特性进行研究.实验过程中采用两步法制得稳定的纳米流体.研究结果表明,纳米流体的流量-压力特性基本呈线性关系,且流量随驱动压力的增大而增大,其流动特性符合单相流体的假设.但模拟结果与实验结果之间存在一定的差异,主要是由于基液中颗粒的团聚结构、纳米流体黏度的变化、尺度效应和边界滑移等因素造成的.     

动力柔化直板叶片动力学相似关系

针对考虑动力柔化效应的直叶片动力学相似模型设计的问题,提出一种考虑动力柔化效应的动力学相似模型设计方法。根据大范围运动板的动力方程推导得到的矩形板动力平衡方程,结合直叶片运动特性,建立基于柔性体假设的直叶片动力平衡方程;运用相似原理,建立考虑动力柔化的旋转柔性直叶片的动力学相似关系;通过分析所建立的相似关系,为了避免过高转速引起试验系统的高阶振动,提出建立旋转直叶片过渡试验模型的方法,并分析其在直叶片刚性与柔性条件下的适用性;最后通过数值验证相似关系的有效性和正确性。     

刚体碰撞约束柔性体局部撞击载荷特征分析

目的 掌握碰撞局部撞击载荷及其特征,为产品安全防护设计、碰撞响应分析与评估提供理论基础。方法 抽象刚体碰撞柔性体的共性特征,分别将被撞击柔性体的碰撞局部刚度特性和整体结构效应表征为弹簧力-位移关系,建立系统的二自由度刚-柔碰撞动力学模型,应用数值方法系统分析刚柔碰撞局部撞击载荷的特征及不同因素的影响。结果 获得了刚体初始碰撞速度、柔性体碰撞局部刚度特性与整体结构效应等主要因素对局部撞击载荷时程、冲量、峰值和脉宽等撞击载荷特征的影响规律。结论 深化了刚-柔碰撞局部撞击载荷的认知,为防护结构设计提供了理论基础。     

大扁平比胎侧解析刚度建模及轮胎动力学分析EI北大核心CSCD

针对重载轮胎大扁平比结构建模问题,从动力学建模、实验模态分析、结构参数辨识等方面,基于解析弹性基础的欧拉梁模型,对重载轮胎的柔性胎体和大扁平比胎侧曲梁的低频动力学特性开展研究,建立了考虑充气预紧力的欧拉梁胎体模型,利用实验模态方法,探究了不同充气压力下的柔性胎体振动特性;考虑胎侧曲梁预紧力弦效应和结构弯曲效应,建立了大扁平比胎侧曲梁解析刚度模型;基于模态测试结果,进行柔性胎体与解析胎侧结构参数辨识。研究结果表明:在0~180 Hz频率范围内,重载轮胎以结构周向弯曲振动为主,可利用基于弹性基础的柔性梁模型表征;大扁平比胎侧曲梁的解析刚度与胎侧的几何、结构和充气压力参数直接相关;轮胎充气压力影响柔性胎体梁的轴向预紧力和胎侧的弦刚度,进而影响轮胎弯曲振动特性。     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

Study and innovation of a flexible blade turbine, a new type of tidal current generating device

Utilization of tidal current is becoming a focus of marine energy research and development field. In this paper, a new type of tidal current power generating device which called flexible blade turbine was put forward. A scale model testing was carried out, and results show that the models performed as expected with good hydrodynamic characteristics. Based on analysis of the results, a scale model turbine with a rated power of 5kW was constructed, which was an optimal scheme of the flexible blade turbine having higher coefficient of power and power generation capacity. Sea trials were carried out in the Zhaitang Island channel to evaluate the performance of the turbine. Results show that the turbine performed well, generating the power predicted. Key words: tidal current; flexible blade turbine; coefficient of power; sea trials     

带柔性静子结构高速转子支承刚度修正方法

针对某涡轴发动机带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子支承刚度的修正方法开展研究。以动力涡轮模拟转子为研究对象,建立了转子的有限元分析模型,基于SAMCEF分析软件计算得到了转子的前三阶临界转速和振型,在高速旋转试验器上完成了全转速范围内的动力特性试验,分析确认了柔性过渡段是导致模拟转子前两阶临界转速存在较大计算误差的主要原因,基于临界转速试验结果,提出了一种转子支承刚度的修正方法并对模拟转子的支承刚度进行了修正,推算得到了柔性过渡段的横向刚度。其次,以真实动力涡轮转子为研究对象,按修正方法对真实动力涡轮转子的支承刚度进行了修正,支承刚度修正后其前两阶临界转速的计算误差大幅减小,验证了该修正方法的正确性,修正后的计算模型很好地反映了真实转子的实际情况。研究工作对类似高速转子支承刚度的修正有重要的指导意义,可有效提高航空发动机带柔性静子结构高速柔性转子的建模精度。     

Assessment of erosion wear in low specific speed Francis turbine due to particulate flow

The erosion wear of turbine components reduces the turbine life and consequently decreases the efficiency or power generation. In the present work, the effect and cause of erosion wear in a high head Francis turbine are investigated through the measurements and numerical simulations on a prototype turbine. Localised erosion patterns are observed over the surface of the guide vane, runner, faceplate, and labyrinth seal due to existing particulate flows. Further, the physical interpretation of erosion wear mechanisms is studied through numerical simulations, and the eroded zones of different components are qualitatively validated with the actual site in-situ measurements. The erosion rate prediction of the turbine components is performed by employing a recently developed erosion model for CA6NM turbine material. The results show that the continuous interblade vortex with significant velocity and crossflow between the blade passages is found accountable for the severe erosion of the runner shroud. The dominating effect of flow instability at the off-design operation depicts higher erosion of turbine components. Moreover, the exponent value for the particle size is found to vary in the range of 1.16–1.30 for the material removal rate of turbine components.     

Thermostressed State of a Nozzle Vane from Max Phase Ceramics

Strength of Materials - Numerical simulation results for the unsteady thermal and stressed states of a nozzle vane under unsteady operation conditions of the gas turbine are presented. The vane and...     

涡轮导向叶片的失效分析EI

使用光学、电子等微观手段及宏观力学分析方法证明，由不均匀的温度分布所引起的热应力、燃气中的腐蚀性介质及铸态组织中的枝晶是引起涡轮叶片开裂的主要原因。本文还对提高其使用寿命的方式进行了探讨。     

考虑水底柔性反射边界的深水桥墩地震动水压力分析

在深水桥墩地震动水压力分析中一般假定水底为完全反射边界,而忽略水底柔性介质对动水压力波的吸收作用。该文考虑水底柔性反射边界,基于辐射波浪理论,建立了深水桥墩地震动水压力的计算公式,深入分析了水底柔性反射边界对动水压力的影响。研究表明:水底柔性反射边界会在特定的荷载激励频率范围内对深水桥墩动水压力产生影响,且动水压力随水底反射系数的减小而减小,深水桥墩地震动水压力分析可以忽略水底柔性边界的影响。从而为长大桥梁地震灾变过程精细化模拟提供了理论依据。     

Analysis of Low-Pressure Turbine Nozzle Guide Vane Failure in an Aero Gas Turbine Engine: A Computational Approach

Journal of Failure Analysis and Prevention - Failure of low-pressure turbine nozzle guide vane (NGV) in an aero gas turbine engine is analyzed using computational approach. Breakage in the cooling...     

T-21/0.6型透平膨胀机故障处理

针对15000m3/h空分设备配套的T-21/0.6型透平膨胀机导流器和蜗壳等被损坏的原因进行了详细分析,介绍导流器和蜗壳的修复方法,提出了防止同类故障再次发生的操作方法。     

GE9FA燃气轮机进气加热系统的控制

当9FA燃气轮机压气机进口温度低时,为防止压气机进口结冰和超过运行极限,9FA燃气轮机的运行范围将受到限制。为了降低排放和防止压气机进口结冰,根据压气机进口可转导叶(IGV)来控制进气加热。压气机进气加热是将部分压气机的排气循环到压气机进口。该系统有三个作用:1)防止压气机进口结冰;2)通过降低IGV角度来满足低负荷时的排放要求,降低压气机压比;3)保证压气机有足够的安全裕度。进气加热系统保证了压气机的全范围运行。     

T-21／0．6型透平膨胀机故障处理

针对15000m^3／h空分设备配套的T-21／0．6型透平膨胀机导流器和蜗壳等被损坏的原因进行了详细分析，介绍导流器和蜗壳的修复方法，提出了防止同类故障再次发生的操作方法。