尾流中流固耦合的柔性薄板对低雷诺数圆柱绕流的被动控制研究

为了研究探讨尾流中带流固耦合边界的柔性薄板对低雷诺数圆柱绕流的影响,本文基于任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)、有限体积法,通过OpenFoam,在低雷诺数条件下,针对尾流区域的柔性薄板对主圆柱尾流场的被动控制效果进行了数值模拟.从涡脱频率、流场模式等角度剖析了其被动控制的物理机理.结果 表明:柔性薄板对涡形成机制的改变...     

基于流固耦合的管壳式换热器热力学计算研究

针对管壳式换热器存在的由于管壳程温差过大而在管板等处产生过大应力梯度的问题,建立典型换热器单元,基于流固耦合和传热理论,采用有限元法和有限体积法,分析研究管壳式换热器的传热特点、流体动力学特性以及管壳式换热器筒体、管板、管箱等结构的温度分布特点。并以此作为温度载荷,研究换热器金属结构的热应力分布情况,取不同路径观察换热器应力集中区域的应力变化,得出换热管、管板以及筒体连接区域的应力分布特性,实现了换热器流体流动、耦合传热以及应力计算的综合分析。     

压力管道典型结构的流固耦合数值仿真

针对管道内流体不稳定流动诱发的工业管道振动问题,通过工业管道系统振动源分析,从输送流体的特性出发,对特定的管路系统振动传递特性的分析方法进行研究,利用数值分析手段对管路系统振动特性进行振动仿真和预测。使用ADINA软件对T字型管道结构的振动特性进行了流固耦合数值模拟,得到了该管道结构的振动特性参数,为压力管道的流固耦合数值计算及振动特性预测提供参考。     

非稳定流体与U形管路耦合振动特性研究

针对采油用管道内流体引发管道振动问题,研究了U形管路在内流作用下的振动特性,利用非线性耦合方法分析非稳定流体与管道相互耦合规律.流固耦合模态结果与前人计算结果相近,验证了数据的可靠性.模拟结果发现,在周期性脉动流体的作用下,管道最大应力及位移振动呈周期性变化;流体频率与管道基频相近时,管道位移振动频谱既有流体诱发的高频又有较低的管路基频.流体速度增加,管道位移增加,管道最大应力增加,管道基频减小.另外,发现脉动流体频率增加,管路基频增加.     

Rushton桨搅拌槽内轴弯矩的数值模拟

针对搅拌槽内流体流动、柔性结构振动和流动流体与柔性结构相互作用(流固耦合)的特征,分别采用计算流体动力学(不考虑结构振动)、计算结构动力学(不考虑流体作用)和两种计算动力学相互瞬态耦合模拟(同时考虑结构振动和流体作用)研究Rushton桨搅拌轴的弯矩幅值平均和波动特性。研究结果表明:搅拌槽内流体充当了振动的阻尼作用,抑制了搅拌桨轴侧向振动的幅度,但主体流动的低频宏观不稳定性显著地增加了搅拌桨轴旋转的不稳定性,同时搅拌桨轴侧向振动增加了搅拌桨叶片上的流体载荷不稳定性,但对不均衡性影响很小;弯矩流体成分(来源于流体压力和粘性力)与结构成分(来源于结构重力和惯性力)之间夹角是随机的,但平均夹角接近于90°;耦合模拟结果与实验数据吻合较好,且明显优于计算流体动力学和计算结构动力学分离模拟计算结果。研究结果有助于深入理解搅拌槽内流固耦合对搅拌轴弯矩的影响,对搅拌设备的机械设计具有指导意义。     

波流作用下海洋立管流固耦合动力特性分析

利用输流管道流固耦合振动的研究方法,分析了海洋立管在波流联合作用下的动力特性。基于Hamilton能量原理,建立了立管耦合振动模型,推导出立管耦合振动方程,并通过Hermit插值函数法对振动方程进行离散求解。同时,运用ANSYS软件分析了立管耦合振动的动力特性,得到了前六阶模态振型和固有频率。将数值模拟得到的立管固有频率与理论分析结果进行对比,充分验证了立管耦合振动模型的正确性。分析结果表明,立管固有频率随管内流体流速的增大而减小。     

基于流固耦合含腐蚀缺陷管道模态分析

为研究基于流固耦合作用下腐蚀缺陷对管道振动特性的影响,利用有限元软件ADINA建立含不同腐蚀深度的架空管道模型,分别进行空管与充液管道状态下管道模态分析,提取前10阶频率和阵型,并对其进行了具体分析。研究发现:流固耦合作用下,管道整体刚度下降,振动频率降低,研究管道振动问题时,考虑流固耦合作用是合理且必要的;管道自振频率均随腐蚀深度的增加而减小,并且频率近乎呈阶梯状分布;管道外部的腐蚀缺陷和环向分布的腐蚀缺陷对管道刚度影响较大。研究结果对于含腐蚀缺陷架空管道的振动特性研究与维护更新有重要的指导意义。     

流固耦合作用下水力旋流器内流场的数值模拟

基于小变形假设,流体域采用有限体积法,固体域采用有限元法,对主直径为28mm的水力旋流器变径圆管内的耦合流场进行数值模拟研究。并对耦合条件与非耦合条件下的速度场、压力场和湍动能分布进行了对比分析,结果表明:耦合作用对变径圆管结构内流场的影响不能忽视,流体与结构的相互作用不但改变了流场分布,还改变了结构的运动特性,加快了流体能量的衰减。     

基于Workbench的流固耦合作用下弯管的振动分析

管道流固耦合会导致结构局部刚度减小,降低结构的固有频率。而在管道与流体的耦合振动中,管道转弯处是耦合振动最敏感区域。因此本文通过流体控制方程和固体控制方程建立系统单向流固耦合方程;在此分析的基础上利用Workbench建立弯管流固耦合有限元模型,分析了流速、压力、管径比这三个重要参数对输水弯管流固耦合系统振动频率的影响。     

油水板式换热器流固耦合分析

为了研究板式换热器流固耦合问题,对油水板式换热器的换热特性及流动特性进行了实验及数值模拟。运用Fluent软件,建立与实验元件波纹参数相同的简化几何模型进行模拟分析,验证数值模拟的可靠性。模拟结果在传热性能与流动阻力方面与实验结果吻合较好。在此基础上,考虑波纹板片的受力,对换热器进行了流固耦合计算,获得了不同工况下板片的应变分布。流固耦合结果表明,当油液黏度较高时,板片所受作用力较大,因此,换热器设计时应综合考虑换热性能、流动阻力及板片的受力问题。     

蒸汽发生器传热管双向流固耦合数值分析

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,考虑一、二次侧流体的共同作用,进行蒸汽发生器传热管双向流固耦合数值模拟。计算结果表明：所采用的双向流固耦合方法能较好地捕捉到蒸汽发生器传热管的位移变化规律,传热管中心截面的位移最大,且平衡时向第3象限偏移,由于流体弹性不稳定性的影响,X、Y方向的位移大小并不相等。沿传热管高度方向应力关于中心截面（0.5 m）对称分布,固定端附近由于固定约束的作用产生应力集中应力最大。不同截面上应力沿圆周方向的分布规律相似,受传热管位移的影响关于20°和200°所连的直线对称分布,在20°和200°附近出现应力极值。蒸汽发生器传热管双向流固耦合方法可为蒸汽发生器安全运行提供理论参考。     

蒸汽发生器传热管双向流固耦合数值分析

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,考虑一、二次侧流体的共同作用,进行蒸汽发生器传热管双向流固耦合数值模拟。计算结果表明:所采用的双向流固耦合方法能较好地捕捉到蒸汽发生器传热管的位移变化规律,传热管中心截面的位移最大,且平衡时向第3象限偏移,由于流体弹性不稳定性的影响,X、Y方向的位移大小并不相等。沿传热管高度方向应力关于中心截面(0.5m)对称分布,固定端附近由于固定约束的作用产生应力集中应力最大。不同截面上应力沿圆周方向的分布规律相似,受传热管位移的影响关于20°和200°所连的直线对称分布,在20°和200°附近出现应力极值。蒸汽发生器传热管双向流固耦合方法可为蒸汽发生器安全运行提供理论参考。     

新型PFHE封头孔板的流体分配性能与强度分析

为改善板翅式换热器(PFHE)的流体分配特性,基于计算流体动力学(CFD)与流固耦合仿真计算,设计了一种新型的PFHE封头孔板。利用Fluent软件,对安装有新型孔板的封头内部流场进行数值模拟,研究不同工况下新型孔板的流体分配与水力损失特性,并与两种已有孔板的性能进行对比分析。利用流固耦合仿真技术,对新型孔板在流体冲击作用下的结构强度进行校核。结果表明:新型孔板的流体分配性能最优,水力损失适中;在流体冲击作用下,新型孔板的最大应力远小于材料的许用应力,结构强度满足工程需求。     

流固耦合作用下固支输液管道有限元分析

介绍了输液管道流固耦合作用下振动的原因,并对某厂稀甲醇管道进行了模态分析和ANSYS-CFX双向流固耦合受力模拟。前者用以得到流固耦合下管道的自振特性,与不计耦合相比固有频率降低约15%;后者可得到在水锤压力作用下管道的变形与Mises应力分布云图。     

基于流固耦合的板式换热器板片力学性能分析

运用Fluent软件对冷热三流体通道耦合换热模型进行了数值模拟，借助Ansys Workbench平台，对换热板片进行了流固耦合分析，并探讨了板片的力学性能。结果表明：将流场分析的压力载荷加到凸台板片上，不同压差下凸台板片的力学特性和触点对板片承压能力各不相同；冷热侧流体压差越大，板片应力强度越低；板片触点越多，板片应力强度越高。     

旋挖钻机钻杆轴向与横向耦合振动研究

为了更准确地预测旋挖钻机钻杆的振动特性,在分析钻杆振动机理的基础上,文章基于Hamilton变分原理和有限元理论,建立了钻杆的轴向和横向耦合振动的动力学模型,采用Newmark-β法仿真分析了钻杆的振动响应。结果表明,钻杆横向振动的位移比轴向振动位移大很多,并且第5节钻杆的振动位移和耦合振动幅值波动都比第1节钻杆大。同时,对旋挖钻机第1节钻杆工况进行了试验,对比试验结果和仿真结果,发现试验曲线与耦合模型的仿真曲线的位移响应历程变化趋势相似,验证了钻杆耦合振动仿真模型的可行性,说明考虑轴向与横向耦合振动能更好地反映钻杆的动力学特性。     

输油管道机械耦合振动特性分析

在石油的传输路径中,输油管道会因为管道与流体间的相互作用发生振动,振动产生噪声影响周边环境的同时还会影响管道的使用寿命。本文通过建立理想状态下流体运动方程与流体和管道耦合方程,利用有限元方法研究流固耦合振动特性,发现随着流速增加,输流管道最大应力也相应增大。当流速达到极限值时,耦合作用会使管道发生剧烈振动,导致管道变形严重。针对这一情况在工程应用时可根据实际流速来进行管道材料强度的选择,从而保证管道使用的安全系数。     

不同流固耦合方法进行轮胎滑水性能仿真研究的对比分析

对比不同流固耦合方法对轮胎滑水性能进行仿真分析的结果。在Workbench平台中分别采用单向、双向流固耦合方法,对轮胎滑水模型在相同工况下的胎面动水压力分布和轮胎变形进行计算,并将两种方法仿真预测的临界滑水速度与经验公式计算值进行比对。结果表明,相对于单向流固耦合方法,双向流固耦合方法计算的相同时刻的动水压力峰值和轮胎变形量峰值较低,压力分布更均匀,临界滑水速度精确度较高,表明双向流固耦合方法更适用于轮胎滑水性能仿真研究。     

10-K-302C往复压缩机润滑油管路振动数值模拟分析和优化设计

新疆某石化公司的10-K-302C离心式甲烷制冷压缩机自开机以来,其润滑油管线振动位移一直较大,运用Workbench有限元软件对空管系统进行模态分析,获得管道的固有频率和振型;采用双向流-固耦合的数值模拟方法,分析对比了润滑油在耦合时的压力、速度变化及管道耦合前后的振动频率、位移变化规律;通过将数值模拟振动分析结果与实际管路实测振动结果对比,肯定了数值模拟分析的准确性,得出了共振和管内流体速度在管道弯头处突变而造成瞬间激振力过大是管道振动主要原因的基本结论;依据上述结论,对管路系统进行了减振控制,设计后的数值模拟分析表明,管系振动大幅减少,满足工业化生产要求。     

流体密度对纳通道内流动滑移的影响

基于纳通道内的二维Couette流,采用分子动力学方法研究了流体密度对纳通道内流体流动滑移的影响,分析讨论了流体密度变化对纳通道内流体的微观结构、速度分布以及滑移长度的影响。研究结果表明,由于受到固体表面势作用,流体密度在表面附近呈“振荡”分布,随着流固密度比的减少,密度分布的振荡幅度和分层数也相应减少,各向同质区域范围随之扩大。并且,流固密度比的减小使得固体表面的运动状态难于传递给流体,能量传递穿过流固界面时的损耗增加,导致边界速度滑移程度增加。与之相对应,流体流动的滑移长度将随着流固密度比的减小而增加。