无阀微泵动态特性的固液耦合分析

根据无阀微泵的工作原理,对泵膜－流体耦合振动过程进行理论分析,推导出此状态下的非线性耦合振动方程,并采用伽辽金加权最小余量法得出方程的近似解。在此基础上讨论阻尼系数、驱动力及薄膜固有频率与薄膜振幅、相位差及无阀泵流量的关系。理论分析表明在阻尼系数较小时,在一阶固有频率附近还存在振幅增大的现象,随着阻尼系数的增大,流体对泵膜的阻力逐渐增大,振幅随着频率的增大迅速衰减,相位差也越来越快地靠近90°;驱动力一定的情况下,薄膜的固有频率越低,薄膜在低频段振动可以达到的振幅越大;对于流量而言,在低频段,流量很快就达到极大值,而且阻尼系数越大、泵膜固有频率越低、驱动力越大,流量越快到达极大值。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

基于MEMS的压电微泵建模与优化

以压电驱动的无阀微泵为研究对象,根据扩张管/收缩管的压力损失系数和连续方程,建立了无阀微泵的理论模型。利用有限元分析软件,建立了无阀微泵有限元模型,进行了耦合场仿真分析。模拟并分析了不同边界条件下驱动电压、电压频率、泵膜厚度、压电薄膜厚度和压电材料对无阀微泵输出特性的影响。仿真结果显示,无阀微泵具有很好的整流特性,并且驱动电压越大,输出特性越好。在局部固定边界条件下,当压电薄膜上施加电场强度为500 V/mm的驱动电压时,存在最优的压电薄膜厚度,使得微泵的输出流量最大。研究结果为无阀微泵的优化设计提供了依据。     

300MWe级核电站主泵流固耦合传热研究

反应堆冷却剂泵的流动、传热问题涉及计算流体力学和固体传热有限元学,流、固传热系统在交界面处边界条件的确定是一个重点。利用分区求解、边界耦合的方法将流体和固体作为一个整体研究,在交界面上先假定一个初始温度,再进行迭代计算。通过对计算结果进行分析,从而得到主泵实体及流体的温度分布与流体流动状态有密切关系,叶片温度受流动状态影响较大,轮毂处相对较小,叶轮叶片表面高温区类似涡状。为研究主泵流场、温度场和应力场的三场耦合问题,提供了依据。     

双螺杆转子结构特性流固耦合数值模拟

以双螺杆转子为研究对象,依据流固耦合理论,通过求解捏合机内部流体和双螺杆转子固体耦合方程,研究不同工况下的流体压力和扭矩对双螺杆转子应力和变形的影响规律。分析计算结果表明:螺杆转子的变形和应力主要是不同工况下的扭矩、流体压力载荷及耦合场作用引起的;螺杆间隙对捏合机的生产效率和质量有很大影响,阴阳螺杆转子最大变形量是设计最佳螺杆间隙的关键因素;一定功率下,转子的最大变形量和最大应力值分别与转子扭矩、流体压力的大小正相关;一定转速下,转子的最大变形量和最大应力值与捏合机功率正相关。研究结果为新型双螺杆捏合机的合理设计与性能预测提供了理论依据。     

微扑翼飞行器静电驱动机构的机电耦合特性研究

静电微驱动机构在微机械传感器、激励器中有着广泛的应用。对一种用于微型扑翼飞行器的扭转式静电微驱动机构,在建立其非线性动力学模型的基础上,采用数值方法在相空间中分析了系统的非线性动态特性,研究了初始条件和阻尼对临界拉入电压的影响,分析了在不同激励电压信号下系统的响应并得出方波信号较优的结论。最后针对静电扭转梁的有限元模型,采用顺序耦合场分析方法研究了系统的机电耦合特性。所得研究结论对扭转式静电微驱动机构的设计与应用提供了一定的理论依据。     

一种新型无阀微泵的原理和模拟

提出了一种新型无阀微泵的设计概念及相应的模型 ,它利用合成喷流动的基本原理实现对流体流动方向的控制 ,结构简单 ,工作频率高。对这种泵的工作状况进行了数值模拟和整体分析 ,结果表明这种泵流量大 ,在驱动器工作频率为 1 0 0 0 Hz,喷口雷诺数为 2 5 0 0时泵送空气流量达 6L/min     

阀门流固耦合的研究进展

流固耦合现象是指流体与固体相互作用的现象,其具体表现为流体作用于固体,使之变形或位移,同时固体反作用于流体,引起流场的变化.在阀门中,当流固耦合现象达到一定程度时,会对阀门及与阀门相连的多种部件产生损伤,并最终导致阀门工作效率下降乃至失效.为更全面地认识阀门中的流固耦合现象,本文从流固耦合理论、试验方法和数值模拟3方面...     

静电微泵吸合与释放特性研究

为避免静电微泵因驱动电压过高而出现吸合现象,建立描述静电泵膜吸合与释放现象的一维集中质量模型、二维分布式模型和三维有限元模型,对比研究静电致动泵膜在准静态下吸合与释放的循环过程,获得整个循环过程的泵膜挠曲线变化、泵腔体积变形、电容变化等大量的数据与曲线.比较结果表明,二维分布式模型求解效果最好,并利用三维有限元模型和宏...     

新型压电无阀微泵效率分析及试验研究

提出了一种用于无阀压电微泵的新型效率模型,根据传统扩张/收缩管型结构设计出侧面带有环形面积新型锯齿型带锥度和无锥度两种微流道.用CFD软件对传统扩张/收缩型微流道及新型锯齿型微流道进行了三维流动模拟,绘制出几种微流道特性曲线,并用新型效率模型计算了三种微流道在两种限制条件(最大流量零压力头和最大压力头零流量)下的稳态效率,并进行了分析比较,结果表明由于结构改变,锯齿型微流道最大流量和压力损失实现了预期的变化,并且带锥度锯齿型微流道微泵稳态效率均大于标准扩张/收缩型微流道及无锥度锯齿型微流道微泵.最后制作出含有标准扩张/收缩及带锥度锯齿型微流道结构微泵,并对其进行试验,结果证明由于环形面积和锥度存在,带锥度锯齿形微流道微泵性能明显优于传统扩张/收缩型微泵.     

基于ADINA的二维圆柱体的绕流数值模拟

均匀流动流过半径为r0的二维圆柱是一经典的流体力学问题。对于粘性流体,流动甚为复杂。论文在ADINA中模拟了当雷诺数取不同值时的二维圆柱体绕流问题,观察尾流及圆柱体表面的压力分布,其结果与实验结果相吻合。     

基于动网格的火箭炮三维流场数值模拟与分析

在火箭炮发射过程中,燃气射流对发射箱体的冲击流场非常复杂,精确计算火箭炮对箱体的冲击流场比较困难。根据火箭炮结构,简化出单管三维非定常流动模型。实体建模时,采用动网格技术模拟火箭弹的运动。通过流体动力学软件对三维流场进行数值模拟,计算出火箭炮流场分布。     

含油污水分离动态旋流器湍流流场特性研究

采用DSM湍流模型对含油污水分离动态旋流器的湍流流场进行了数值模拟。模拟结果表明油污水分离动态旋流器内的流场是三维非对称分布的,分析了湍流流场速度的分布规律,轴向和切向速度的模拟结果和实验结果基本吻合,径向速度的模拟将有助于动态旋流器结构及性能的分析,压力降与入口压力对分离效率的影响都是单独通过转速或流量的变化间接体现的。深入研究动态旋流器湍流流场特性及分离机理,对提高分离效率和结构优化提供了参考。     

弹性环式挤压油膜阻尼器的流固耦合建模及动力特性分析

弹性环式挤压油膜阻尼器结合挤压油膜阻尼器和弹性支承的优点,其结构更为紧凑,为能进一步明确其动力学机理,在充分考虑油膜和弹性环之间相互作用的情况下,建立弹性环式挤压油膜阻尼器双向流固耦合模型,通过数值模拟,研究弹性环凸台高度、宽度、数目和在总间隙不变的情况下不同内外层油膜间隙以及弹性环的弹性模量等对该型阻尼器动力学特性的影响。结果表明,外层油膜对刚度的贡献大,内层油膜对阻尼的贡献大,相对较小的内层油膜间隙且较大的外层油膜间隙,有利于增加油膜阻尼而抑制油膜刚度非线性。随着弹性环凸台宽度、高度、数目的减小或弹性模量的增加,内外层油膜刚度和阻尼均增加,其中弹性环的弹性模量对该型阻尼器的动力特性影响相对较小。以上研究将为弹性环式挤压油膜阻尼器的设计、使用和维护提供参考。     

Dynamic stress analysis of sewage centrifugal pump impeller based on two-way coupling method

Current research on the operational reliability of centrifugal pumps has mainly focused on hydrodynamic instability. However, the interaction between the fluid and structure has not been sufficiently considered; this interaction can cause vibration and dynamic stress, which can affect the reliability. In this study, the dynamic stresses in a single-blade centrifugal pump impeller are analysed under different operating conditions; the two-way coupling method is used to calculate the fluid-structure interaction. Three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved with the SST k-o9 turbulence model for the fluid in the whole flow passage, while transient structure dynamic analysis is used with the finite element method for the structure side. The dynamic stresses in the rotor system are computed according to the fourth strength theory. The stress results show that the highest stress is near the loose bearing and that the equivalent stress increases with the flow rate because the dynamic stresses are closely related to the pressure load. The stress distributions on the blade pressure side, suction side, leading edge, and trailing edge are each analysed for different flow rates; the highest stress distribution is found on the pressure side. On the blade pressure side, a relatively large stress is found near the trailing edge and hub side. Based on these results, a stress distribution prediction method is proposed for centrifugal pumps, which considers the interaction between the fluid and structuxe. The method can be used to check the dynamic stress at different flow rates when optimising the pump design to increase the pump reliability.     

基于数值模拟的小孔节流空气静压轴承静动态特性研究

为了提高小孔节流空气静压轴承的静动态性能,基于流体力学和固体力学的基本控制方程,建立小孔节流空气静压轴承双向流固耦合数值模拟模型;采用静态数值模拟方法获取了设计参数对承载力和刚度的影响规律,进一步对微气膜间隙内三维流场特性进行了分析,有效降低了微气膜间隙内气体冗余现象对空气静压轴承动态稳定性的影响,并在数值计算的基础上对空气静压轴承结构和工作参数进行优化设计;在气体静压试验平台上对自行研制的空气静压轴承进行静动态特性测试。试验结果表明:所提出的数值模拟方法具有很好的预测效果;所采用的优化设计方法能够显著提升空气静压主轴的静动态特性。     

进口探针支杆诱发压气机转子叶片振动的流固耦合研究

针对某压气机试验中发现进口探针支杆的引入导致下游转子叶片发生振动失效的问题开展数值计算研究,采用MPCCI把Numeca和ABAQUS联合起来构建成流固耦合计算平台,数值分析了试验故障工况条件下有/无探针支杆对压气机转子叶片振动特性的影响。结果表明:无探针支杆时转子叶片振动收敛,有探针支杆时不同转子叶片的振动特征不同,至少存在一个转子叶片的振动位移及应变发散,对应于叶片振动失效。     

基于流固耦合的采油单螺杆泵容积效率求解方法*

容积效率是采油单螺杆泵举升性能的重要技术指标,采用试验方式获取螺杆泵的容积效率是目前最常用的方法。为提高螺杆泵的设计效率,降低设计成本,提出采用单向流固耦合的数值仿真方法求解漏失量并计算容积效率。依据定转子之间的装配关系建立几何模型,计算不同压差条件下密封带处定子橡胶变形量,得到变形量随压差变化的规律。以现场试验条件作为仿真依据,采用单向流固耦合方法求解试验转速和泵压条件下螺杆泵的漏失量,进一步得到其容积效率。仿真计算结果与现场试验结果相一致,验证了采用单向流固耦合的数值仿真方法计算容积效率的有效性。通过这种仿真分析方法,可以在减少试验量的条件下,对螺杆泵结构参数进行优化设计,并对现场运行参数的匹配提供技术支撑。