高速大功率电机转子通风孔散热效率优化研究

采用将转子与冷却气体流场实行分离的传统分析方法难以反映转子与冷却气流的热耦合作用,难以实现转子散热效率优化。提出基于流固耦合的高速大功率电机转子系统动态传热特性的分析方法,建立转子系统的流固耦合传热模型。利用建立的模型研究转速、冷却气流入口压力和速度,以及转子冷却孔分布、孔径和轴心距对转子温度场和散热效率的影响规律,提出了优化散热效率的具体途径。结果证明了所提出的计算方法和优化散热效率的具体措施的有效性。     

基于双向流固耦合的冷却风扇气动性能仿真分析

发动机冷却风扇在工作过程中,由于叶片表面压力存在一定的结构变形会对风扇的气动性能产生影响,尤其对大尺寸、高负荷风扇的影响更大。基于Ansys Workbench软件,采用双向流固耦合方法对某型号发动机用冷却风扇的气动性能进行了计算分析,并将其结果和不考虑风扇变形的CFD方法得到的风扇气动性能结果与试验值进行了对比。结果表明:考虑了风扇变形因素的双向流固耦合仿真得到的结果更接近于试验值;采用双向流固耦合方法对风扇气动性能进行计算,可显著降低计算值与试验值的偏差。     

内燃机冷却风扇流固耦合分析

随着内燃机动办性能和转速的不断提高,冷却散热问题越来越受到重视,因而对冷却风扇的研究有重要意义.高速旋转的冷却风扇,叶片受风力反作用后的变形对风扇的性能有很大的影响.利用商业软件SC/Tetra和ANSYS,把流场计算得到的叶片表面压力映射到结构分析中去,考虑流场与结构的相互作用,以流固耦合理论来分析叶片变形前后冷却风扇性能的改变.     

基于自然冷却与强制风冷的永磁同步电机散热仿真试验

损耗引起的温升是确定电机定额的主要因素。利用模拟软件Fluent与流固耦合传热机理,在一台1.9kW永磁同步电机上研究了自然冷却和强制风冷两种冷却方式对电机温度分布特征的影响,并制作样机进一步试验。仿真结果与试验结果相近,验证了仿真的准确性。     

流固耦合下核电一回路弯管内表面裂纹分析

为了了解压水堆一回路弯管内表面裂纹在流固耦合作用下的扩展状况,利用ANSYS Workbench建立了含环向内表面裂纹弯管的流固耦合模型,在不同约束条件下对不同位置的裂纹前缘应力和应力强度因子K进行了分析。分析结果表明:只有内压作用时,流固耦合会增大裂纹前缘K与应力,而且对外弯处裂纹影响大。只有闭合弯矩时,流固耦合会减小外弯处裂纹前缘K与应力。内弯处裂纹受压应力,流固耦合会减小压应力。只有张开弯矩时,流固耦合会增大内弯处裂纹前缘K与应力。外弯处裂纹受压应力,流固耦合会增大压应力。分析结果为核电一回路含缺陷弯管的安全性评价提供一定的依据。     

电动燃油泵轴向油冷壳体隔板的数值研究

针对电动泵油冷散热效果与可靠性问题,对电动燃油泵轴向油冷壳体结构从温升、冷却油温度分布均匀度和流道压力降等方面进行了分析,基于流固耦合数值模拟研究了油冷壳体隔板数量和布置方式的设计方法,提出了一种变距隔板冷却结构,并将其与等距壳体进行了对比,研究了8-32范围内隔板数对流速、雷诺数、流道压降及温度场分布的影响规律,并研究了电动燃油泵电机功率对内壁面温度和冷却燃油压降的影响。研究结果表明:对额定功率8 k W、热损耗10%的电动泵,隔板数为18时冷却效果达到饱和,继续增加隔板数难以显著提升冷却效果,且燃油流经冷却壳体的压降显著增加,但温度分布更加均匀。     

流固耦合对静压溜板承载性能影响分析

对重型机床静压溜板承载部位进行流固耦合分析,通过建立以雷诺方程和有限元计算为基础的流固耦合模型,分析了开式定量静压油垫的油膜刚度受供油流量、负载和材料特性的影响规律。将计算结果与不考虑流固耦合特性的分析结果进行对比,结果表明:在供油流量相同条件下,考虑流固耦合特性的油膜刚度相对不考虑流固耦合特性的油膜刚度下降更严重,所以,流固耦合特性对油膜刚度的影响不可忽视。     

双向流固耦合对螺旋离心泵内外特性的影响

采用双向流固耦合与非流固耦合计算对螺旋离心泵内外特性进行对比研究,分析了流固耦合作用对泵内部流场的影响。流场计算基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法,结构响应基于弹性体结构动力学方程。两种计算结果表明,采用流固耦合计算的外特性更接近清水试验值,流固耦合作用对喉部及扩散段影响显著,在扩散段降速增压作用下,流固耦合作用对出口截面影响减弱,蜗壳水力设计时应适当考虑流固耦合作用。     

基于流固耦合有限元的LNG泵用轴承模态影响研究

对某型LNG泵用轴承进行模态分析，深入研究流固耦合预应力对LNG泵用轴承模态的影响。首先用ANSYS对轴承进行流固耦合仿真分析，构建流固耦合模型并进行流场计算，得到LNG对轴承施加的流固耦合预应力。在此基础上，研究轴承在无预应力作用和受流固耦合预应力作用的振型与模态变化机制，对比分析两种情况下轴承振型及模态的显著差异，进而研究流固耦合预应力对轴承共振的影响。研究表明：流固耦合预应力的存在会导致LNG泵用轴承的形变量增大，模态频率下降，且更接近轴承自身的激振频率。     

流固耦合对油气井管柱振动特性的影响分析

以油气井管柱为例,分析了流固耦合作用对管柱振动特性的影响。首先建立了有无流固耦合管柱振动方程,阐述了考虑流固耦合对管柱振动特性分析的重要性。再应用ANSYS Workbench软件建立有无流固耦合管柱三维有限元模型,运用Modal分析模块分析了空管柱、气固耦合管柱、液固耦合管柱三种情况下管柱的固有频率与振型等振动特性。与无流固耦合管柱振动特性对比表明:考虑流固耦合作用时管柱固有频率小于无流固耦合时空管柱的固有频率;与气固耦合相比较,液固耦合时管柱固有频率降低量更大,高达13%;管柱固有频率基本随阶数呈平方关系增长;管柱各阶固有频率均随管柱长度的增加而非线性下降;流固耦合作用对管柱的振型几乎没有影响。流固耦合作用影响管柱的固有频率,尤其是内部流体密度很大时,这种影响更不能忽略。考虑流固耦合作用下管柱振动特性的分析为管柱动力学分析提供了依据,也可为避免结构的共振提供参考。     

基于流固耦合的汽车空调多翼离心通风机气动声学特性分析

建立了一个简单几何模型,通过试验验证得出双向流固耦合计算比非耦合计算准确性更高的结论。以某汽车空调系统的多翼离心通风机为研究对象,分析了蜗壳流固耦合作用对通风机气动噪声的影响。利用CFX和ANSYS软件分别进行流场和结构计算。以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台,采用双向同步求解的方法,对通风机内流场和蜗壳结构响应进行联合求解,并将耦合计算结果与非耦合计算结果进行对比。结果表明,流固耦合作用使得流场压力脉动增强;在考虑流固耦合作用影响后,离心通风机叶轮出口处及蜗壳气道内表面的声功率级明显增大,通风机出口处的气动噪声值增大了5.24dB。     

3.3MW永磁直驱风力发电机温度场仿真分析

兆瓦级永磁直驱风力发电机随着功率等级的提升,运行温度升高会对电机绝缘造成威胁,还会导致永磁体的不可逆退磁。针对这一问题,本文基于一台3.3MW,12r/min的外转子表贴式永磁电机,设计并建立了其径向强迫通风冷却结构,采用迭代仿真的方法合理地考虑电磁场与温度场的耦合关系,并基于流固耦合的方法对其温度场与流体流动情况进行分析。结果表明,本文所设计的通风结构具有一定的冷却效果,能够满足其安全稳定运行的需求,对兆瓦级永磁直驱风力发电机的冷却系统设计具有一定的借鉴意义。     

基于流固耦合的余热排出泵转子模态分析

核电用余热排出泵的可靠性至关重要。通过ANSYS的FSI功能对余热排出泵进行流固耦合分析,得到流体对固体的流固耦合作用力;应用ANSYS中的模态分析功能对余热排出泵转子无预应力下的模态以及流固耦合作用力和旋转离心力作用下的模态进行了对比分析。结果表明:流固耦合载荷力对转子固有频率的影响大于旋转离心力;在同时考虑流固耦合力和旋转离心力条件下,余热排出泵转子固有频率介于只考虑旋转离心力和只考虑流固耦合力的固有频率之间,且除第3阶外均小于无预应力下的固有频率。其中,第2阶模态的固有频率与无预应力相比更接近于激振频率。在预应力作用下,振幅有所上升。     

流固耦合作用对汽车侧窗气动噪声的影响

气动噪声是高速行驶下汽车的主要噪声源,在组成气动噪声的三部分声源中,偶极子声源占主导地位,而偶极子声源又取决于车身表面脉动压力。应用双向流固耦合方法对汽车的表面脉动压力进行数值计算,利用CFX软件进行流场计算,ANSYS软件进行结构计算,以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台,采用双向同步求解的方法,对流场和侧窗结构响应进行联合求解,并将耦合前后的计算结果与风洞试验进行对比。结果表明,流固耦合作用使得流场压力脉动增强,且车速越高,流固耦合作用对气动噪声的影响越大;与非耦合数值计算相比,耦合计算结果更接近试验值,具有更高的准确性。     

基于ANSYS/Workbench流固耦合输液波纹管的模态分析

以折弯式波纹管为例,分析了流固耦合对输液管道动力学特性的影响。首先应用Pro/E和ANSYS Workbench对结构形状复杂的波纹管道进行了几何建模,通过Pro/E和ANSYS软件的无缝连接功能,在ANSYS中可以得到无损坏的波纹管模型。再利用ANSYS ICEM网格划分技术对流体和波纹管道进行六面体网格划分,得到高精度的有限元模型。最后数值分析了流固耦合作用对波纹管固有频率的影响,比较空管道、有流固耦合作用的管道、无流固耦合作用的管道三种情况下的模态,为管道振动的控制提供了重要的动力学依据。     

槽式太阳能聚光器流固耦合模态分析

以ANSYS Workbench有限元软件为仿真平台,对自由状态的槽式太阳能聚光器在不同工作角度下进行模态分析,计算其固有频率和振型。利用流固耦合方法,将流场压力分布加载到聚光器反光镜的表面上,计算出考虑流固耦合场的模态参数。计算结果表明,其模态参数随角度的变化不明显,流固耦合作用下对模态参数影响明显。     

液压支架立柱的流固耦合分析

采用直接耦合法对液压支架立柱的活柱部分进行了静力学的流固耦合分析,并对比了没有流体时立柱的受力状况,直观地显示了流固耦合对立柱的影响。     

混流式水轮机转轮流场单向、双向流固耦合数值的分析比较研究

针对水轮机转轮单向流固耦合和双向流固耦合计算结果的比较问题,建立了精确的水轮机流场及结构场模型,分别对低水头、低转速和高水头、高转速两种工况下转轮单向、双向流固耦合进行了数值模拟。对比了两种工况在单向、双向耦合时转轮表面流体域的最大压力、最大速度及转轮结构域的最大应力、最大应变、最大总位移,最后结合流固耦合公式对计算结果作了进一步的分析。研究结果表明,在使用单向流固耦合进行数值计算时,流固耦合作用越强,则计算偏差越大;通过同一流场和结构场的单向流固耦合和双向流固耦合计算值对比可知,无论是流体域还是结构域的计算值,相同节点的单向耦合计算值均小于理论上更为精确的双向耦合计算值。     

基于双向流固耦合的柴油机缸盖温度场分析

基于双向流固耦合方法对发动机冷却水套流场和机体缸盖结构进行联合求解,研究流固耦合作用下的缸盖温度场分布。首先计算缸内工作过程,获得燃气壁面温度和换热系数;然后将其导入双向流固耦合模型进行联合求解,获得缸盖温度场。并分别将单、双向流固耦合得到的温度场与试验值对比。模拟结果表明:双向流固耦合获得的缸盖温度场分布更加合理,其平均误差为-12.9℃,较单向流固耦合的平均误差降低50%。研究结果为缸盖温度场的获得和冷却水套的设计提供了参考依据。     

水力机组流固耦合的数学模型

流固耦合具有强烈的非定常、非线性,因此黏性效应不可避免。文中基于有限元法建立水力机组流固耦合振动的控制方程。通过对现有代表模型的讨论和比较可以看出,文中导出的方程模型是目前较为完善的水轮机组部件流固耦合运动的非线性动力模型。最后分析用ANSYS软件进行流固耦合计算的可能性。