空化对轴流泵叶轮流固耦合特性的影响

研究空化对叶片结构的影响,对提高轴流泵运行稳定性及设计具有重要的工程意义.为研究不同空化程度下叶片受力情况,基于SST模型及Rayleigh-Plesset均相流空化模型,应用数值模拟软件ANSYS对TZX-700轴流泵进行分析.利用CFX软件分析不同空化程度的叶轮流场分布,然后通过WORKBENCH流固耦合传输技术得出叶片等效应力及变形随空化变化过程的分布情况.结果 表明:气泡首先出现在工作面,气泡由进口边逐渐向出口边发展,并逐渐靠近轮毂,整个气泡区域不断扩大,几乎堵塞整个流道;随着空化的发生,叶轮叶片所受最大等效应力逐渐下降,叶片变形也逐渐减小;从弱空化到严重空化,叶根处的等效应力始终是最大的,近轮缘处叶片发生的变形较大;弱空化对叶片等效应力、叶片变形的分布没有明显改变;严重空化时,较高等效应力分布区域严重缩小,叶片变形快速减小.计算结果对轴流泵的设计优化具有一定的指导意义.     

风力机叶片流固耦合计算分析

流固耦合条件下风力机的叶片变形及振动分析对大型风力机的安全具有重要意义。采用k-SST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海上风力机叶片进行了流固耦合计算分析。结果表明:叶片在额定风速流固耦合作用下会发生挥舞方向、摆振方向变形和扭转变形,越接近叶梢,叶片变形就越大而且变形呈非线性分布,而在叶片中段容易出现应力集中区;考虑叶片流固耦合作用时叶片所受到的持续平均气动力略大于未考虑叶片流固耦合作用时的情况;叶片流固耦合作用使叶片气动攻角、扭矩增大;而叶片攻角增大是导致叶片扭矩增大的主要原因。     

水轮机流固耦合振动研究的发展趋势

现代社会水轮机尺寸和容量越来越大，刚性降低，稳定性运行日益重要。随着计算机技术和计算力学的发展，机组的稳定性研究出现了新的特点。本文对此进行了分析回顾，重点介绍了流固耦合的研究现状。最后，对我国水力机组振动特性的研究提出了一些建议。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明：最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明：设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。     

基于单向流固耦合的离心通风机叶轮强度研究

同时考虑离心力、重力和气动力对风机叶轮的作用,其中叶轮表面的气动力通过采用软件CFX对风机流场进行稳态数值模拟获得,并将结果导入到有限元软件ANSYS中,对风机叶轮强度进行研究。计算结果表明:叶轮最大总变形发生在叶片吸力面的中间位置,最大等效应力发生在叶轮前盘;在不同的稳定工况下,叶轮最大等效应力值有所不同,但差别很小。     

水轮机部件流固耦合振动特性研究

本文把有限元法与边界元法相结合来计算水轮部件流固耦合振动问题。结构用有限元离散,用边界元计算结构周围的流体。编制了结构水下流固耦合振动的通用计算程序。对已有理论解的水中实心圆柱悬臂结构进行了计算,把计算结果与理论解作了比较。文中还对轴流式转轮叶片进行了流固耦合计算。为了更好地验证本文提出的计算方法和所编程序,还设计了一个模型固定导叶,对其进行了流固耦合计算分析和空气中及水中动态特性测试,计算结果与试验结果吻合较好。     

水轮机转轮工作过程中的流固耦合分析

本文分析了某型混流式水轮机工作过程中水流与转轮的单向流固耦合作用及响应。在分析单向流固耦合作用基本原理的基础上,分别建立了表示水轮机流体域的各个过流部件的三维模型和转轮模型,并装配这些部件得到了水轮机的全流道三维模型;应用ANSYS CFX软件进行了全流道CFD计算,并将计算得到的流体-转轮交界面冲击压力数据导入至转轮力学分析模块,计算得到了转轮在工作过程中的总体变形、应力及应变响应数据。结果表明,叶片侧缘切水刃边及出水边、叶片根部是失效危险位置,制造过程中宜对这些部位做特殊耐磨及强化处理,并在运行监测过程中对这些部位进行有针对性的重点关注与检查。     

高密度车用永磁电机流固耦合传热仿真分析

为了准确分析高密度车用永磁电机的温升,解决流固交界面传热系数难以确定的困难,采用流固耦合仿真法,对电机热场进行仿真分析;并提出等效绝缘层法,以有效考虑电机槽绝缘、槽楔、导线绝缘及槽内空气隙对电机温升的影响。对一台48槽8极的车用永磁电机样机,在额定运行工况下,运用ANSYSWorkbench软件中FLUENT模块仿真分析了其热场并对样机进行了温升试验。试验数据与仿真数据吻合较好,验证了该仿真分析方法的有效性和准确性。     

大型水电站厂房结构流固耦合分析

采用基于势的流体单元模拟水电站厂房流道内水体,通过流固耦合界面反应水电站厂房结构与流道内水体的相互作用,对结构的自振和抗震特性进行数值求解,并与不考虑水体时的计算结果对比。研究成果表明,流道内水体不同程度地改变了厂房结构的固有振动特性,且对高阶频率影响较大;考虑水体时结构各典型部位的振动位移、振动应力均大于不考虑水体的计算结果;水体对厂房上部结构振动位移的影响较大、对下部大体积混凝土结构振动位移的影响较小;对下部结构振动应力的影响较大、而对上部结构的影响相对较小。     

基于CFD分析的轴流式转轮叶片刚强度分析

本文采用雷诺时均的N-S方程和k-ε紊流模型,采用有限体积法和非结构化网格,对转轮区域内的流体运动进行数值模拟,获取叶片表面的受力信息,得到反映真实情况的叶片表面应力分布;将此应力分布加载至刚强度分析的叶片模型表面,采用有限元方法应力计算,实现了轴流式水轮机转轮叶片的刚强度分析。结果表明,在三个计算工况点中,算例中叶片的应力和变形最大值出现在最大水头额定出力工况。     

基于CFD分析的轴流式叶片动应力问题研究

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值计算结果为基础,采用弹性力学非稳态有限元法开展了轴流式叶片的动应力问题研究.计算结果表明,水轮机内部随时间变化的压力场导致叶片结构承受了较大的动态应力,叶片上的最大等效应力点与实际叶片破坏的位置一致;各工况相比叶片转角越小,叶片应力波动越剧烈;叶片上各点的动应力频率成分与流道内的水压力脉动频率基本一致,叶片上的高幅动应力是引起叶片裂纹,导致结构破坏的主要原因.     

ASN动叶可调轴流式送风机动调卡涩原因分析

介绍了送风机在电厂发挥的作用,阐述了某电厂1A动叶调整式轴流送风机的工作原理、结构,并针对该送风机动叶调节机构出现的卡涩现象进行了分析和处理,制订了切实可行的预防措施,以供使用同类型送风机者参考。     

加导叶轴流泵水动力特性研究

用数值方法计算了加导叶轴流泵的水动力特性.在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上建立不可压缩流体的积分方程,以SIMPLE为基本算法,结合速度修正方程和压力修正方程,求解轴流泵的内部速度场和压力场,采用基于二方程雷诺数时均方程方法研究轴流泵的湍流模型.用数值方法建立轴流泵的三维数学模型,用混合网格布置方法提高计算精度.分析了不同流量下加导叶轴流泵器的流量和扬程、功率和效率的关系;研究了导叶对轴流泵水动力性能的影响.     

轴流转桨式水轮机导叶及桨叶的力特性研究

为了正确确定轴流转桨式水轮机的接力器容量,必须掌握导叶和桨叶在各种工况下的力特性资料.通过CFD计算对某轴流转桨式水轮机进行数值分析,得到了导叶和桨叶水力学特性.通过与模型试验结果和经验公式的对比发现,CFD计算结果是可信的,可以为轴流转桨式水轮机的真机设计提供参考.     

高比转速轴流泵叶轮与导叶的正交试验优化

高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合,但其水力效率普遍偏低.为提高其水力效率,并达到节能效果,本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化,并探究优化前后泵的内流特性.先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状进行参数化解析,对参数化后的控制尺寸设置控制因素,以水力效率为指标设计正交试验,并对正交试验结果...     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

大型立式混流泵装置水动力特性数值模拟

应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,对立轴蜗壳式混流泵装置的内部流动结构进行数值模拟。采用全隐式网格耦合求解,计算中考虑了叶轮叶顶间隙的影响。通过计算获得了泵装置全流场,分析了蜗壳出水室的流态和叶轮的水力特性,预测了泵装置性能并与试验值进行了比较。结果表明：蜗壳出水室内的流动为轴向流动与环向旋转的合成流动,静压分布较对称,出口断面轴向流速分布均匀度和速度加权平均角相对较低;叶片表面的静压分布呈现较为清晰的规律,叶片表面静压分布比较均匀,压力面的静压整体上比吸力面要高;随着流量的增大,叶轮承受的轴向力渐小,而径向力则先减小后增大;数值模拟预测的性能结果与试验的性能结果相比较,前者高于后者,趋势基本一致。     

轴流泵运行工况对叶轮室进口预旋的影响

轴流泵叶轮室进口水流的流态对大型低扬程泵站水泵的安全、稳定和高效运行具有很大的影响。采用模型试验方法和三维湍流流动数值模拟方法,分别研究了轴流泵泵段装置叶轮室进口和立式轴流泵装置叶轮室进口的流态,得到以下主要结论：（1）叶轮室进口流态与水泵运行工况密切有关;（2）在正常运行工况范围内,叶轮室进口水流基本上为轴向流动,无预旋现象;（3）在小流量工况运行时,叶轮室进口的外圈水流出现与叶轮转动方向相同的预旋流动,但内圈水流仍向叶轮室方向流动,而中圈的水流则在预旋流动与轴向流动两种状态之间摆动;（4）轴流泵叶轮室进口在小流量工况发生预旋现象是泵内发生＂二次回流＂的内特性表现,水泵性能曲线出现马鞍形区则为其外特性表现。