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。     

采用计算气动声学研究高速列车表面偶极子声源外辐射的指向性

将边界元声场分析方法与流体动力学分析技术有机结合起来,在某高速列车边界元模型中,导入流场脉动压力数据并在声学网格上转换成气动偶极子声源边界条件,采用直接边界元算法实现了基于表面偶极子声源的列车气动噪声外辐射声场的数值仿真,在此基础上对列车气动噪声外辐射场声压力分布规律以及车身表面偶极子源外辐射的指向性等特性进行了分析。研究表明:列车两侧的正横方向为车身表面偶极子声源主要水平声辐射方向,在离声源中心25m距离上可达80dB左右;车顶上方为主要横向声辐射声域,25m距离上可达83dB;频率越高,车身表面偶极子声源的指向性越强。     

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。     

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。     

离心泵整机流场计算方法研究

为了探究不同流场计算方法对离心泵内部稳态及非稳态流动计算结果的影响,以某型离心泵为研究对象,建立了流场三维有限元网格。采用Fluent软件仿真技术,利用RNG k-ε湍流模型,分别运用流固耦合与非流固耦合两种方法对离心泵流场进行稳态及非稳态数值计算。对比两种计算方法得到的稳态速度与压力对比,以及非稳态的不同监测点压力脉动对比。结果表明:流固耦合对蜗壳内的速度压力分布、压力脉动以及所受流体激励力有一定影响,对叶轮的影响很小,研究结果对于流场计算方法的选择具有重要的参考和借鉴作用。     

高速汽车侧窗气流噪声模拟

汽车高速行驶条件下,气流噪声成为了主要的噪声源。在组成气流噪声的三部分中,偶极子源噪声占主导地位,而偶极子源噪声又取决于车身表面脉动压力。利用fluent软件,采用大涡模拟(LES)方法,对汽车模型的表面脉动压力进行数值模拟,计算所得脉动压力值与试验测试值基本吻合。对模型的挡风玻璃、A柱和C柱都进行修改,并对侧窗脉动压力值进行模拟计算。模拟仿真表明,汽车挡风玻璃圆弧化和A柱的圆角化有利于降低侧窗脉动压力值,但是C柱的圆角化并不能够降低侧窗脉动压力值,反而会增加侧窗后半部分的脉动压力值。     

基于流固耦合法的一种新型过滤器的结构优化

对一种新型过滤器的结构设计和工作原理进行了概述,并在Solid Works中完成了过滤器装配体的三维实体建模。基于流固耦合方法,使用Fluent软件对过滤网和过滤器腔体内部流场进行三维数值模拟分析,将Fluent的流场压力计算结果作为ANSYS Workbench中的Static Structural结构静力分析的表面载荷完成耦合计算,进而求解其在水压力作用下的应力和变形。通过对模拟计算结果的分析与研究,对这种新型过滤器的局部结构进行了优化。     

基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究

为预测重载越野车辆传动系统中密封系统的流固耦合特征,综合考虑密封环在微小约束空间内的受力状态以及密封间隙流场中的流动特点,建立了密封环双向流固耦合数值模型并提出了求解策略。采用多物理场代码耦合工具MpCCI联合FLUENT与Abaqus软件对旋转密封系统进行双向流固耦合数值计算,获得了旋转密封间隙流场中油液的流动状态。分析了密封环变形对密封系统泄漏量和密封环摩擦转矩的作用特征,通过双向流固耦合的动态模拟考察了传动系统工况对密封环性能的影响。利用车辆传动系统密封环综合性能试验台进行了密封性能的试验测试,对比发现计算值和试验值的变化规律具有一致性,验证了密封流固耦合数值模型及其计算结果的正确性。     

高速列车气动噪声及影响

以Lighthill声类比理论为基础,采用计算流体力学的方法得出列车高速运行时车体表面的偶极子声源分布数据,在此基础上采用边界元法求解得到高速列车通过时周边气动噪声的分布情况,对铁路沿线气动噪声的分布规律进行探讨,得出偶极子声源的辐射规律,并分析声屏障对铁路边界气动噪声传播规律的影响及其对沿线噪声的抑制作用。     

虚拟激励法的汽车气动噪声研究

采用分离涡模拟(DES)方法对车外流场进行瞬态计算得到车身表面脉动压力,将虚拟激励法应用于求解汽车内部的气动噪声场,利用声振耦合法得到车内场点的声压级频谱。对不同车速不同位置的噪声特性进行了对比分析和道路实验验证。结果表明:汽车气动噪声为宽频谱,在某一特征频率处达到峰值后呈指数型下降;噪声截止频率和峰值频率随着车速的提高向高频移动;声压级大小与脉动压力强度以及辐射面积有关;将虚拟激励法应用于气动噪声求解是可行的。     

热流环境下航空发动机短环形火焰筒动力学响应特性分析

采用数值仿真分析方法对航空发动机短环形火焰筒结构进行简化处理,构建短环形火焰筒结构模型.通过有限元方法对结构进行流固耦合分析计算,得到火焰筒壁面温度分布及气动压力分布,计算火焰筒结构热模态结果并分析.通过耦合的有限元/边界元法以扩散场的形式对火焰筒结构施加噪声激励载荷,对火焰筒结构多场耦合非线性动力学响应特性进行分析,...     

喷嘴挡板伺服阀前置级流固耦合特性研究

伺服阀前置级流固耦合特性与伺服阀的稳定性、快速性、气穴和自激噪声的产生密切相关。为研究喷嘴挡板伺服阀前置级流场的瞬态气穴分布特性以及流场作用下挡板的位移特性,提出了伺服阀前置级流固耦合分析方法,采用STAR-CCM+软件对伺服阀前置级流固耦合特性进行仿真分析,并通过流场分布规律实验观测对仿真方法进行了验证。结果表明,伺服阀前置级的流固耦合作用会引起流场周期性的瞬态分布和挡板谐振。     

迷宫和薄叶气封结构与气动特性的对比分析

数值研究相同条件下迷宫气封和薄叶气封结构特点、气动特性、密封机理及密封效果,比较两种气封的差异。通过与已发表的试验数据的对比,校核所采用的商业计算流体力学软件CFX的可靠性,计算得到的性能曲线与试验数据有较好的一致性,采用的数值模拟方法可行。分别对迷宫气封和薄叶气封内部流场进行数值模拟。通过对两种气封计算结果的对比分析,阐明它们的密封机理,给出各自的封严特性和所产生的摩擦转矩的变化规律。分析结果表明,薄叶气封的径向间隙远小于迷宫气封,漏气量为迷宫气封的1/3,对旋转轴产生的摩擦阻抗力矩低于迷宫气封,从结构运行特点和气动性能两方面说明薄叶气封的优越性,认为在不久的将来薄叶气封有可能替代迷宫气封。     

多级离心泵转子的流固耦合特性及试验分析

针对高功率密度液体多级离心泵的高速化发展带来的流固耦合及临界转速等问题,根据流固耦合计算方法,并应用Ansys软件系统对流场网格进行划分和边界条件设定,然后进行数值模拟计算。计算结果表明:首级叶轮到后部末级叶轮应力、应变和变形呈增大趋势,这符合多级泵叶轮受力分布的实际情况,流固耦合相对于重力来说发挥了更显著的作用。可以看出流固耦合后转子固有频率降低,并且阶数越高,下降幅度越大,旋转软化效应对第一阶弯振影响较小,而对二、三、四阶的影响逐渐增强,且随转速均匀增加,弯振频率均匀变化。试验测试结果与仿真结果具有较好的一致性,反映了仿真数据的正确性。     

流固耦合作用对轴流泵内部流场影响的数值计算

采用雷诺时均Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,基于弹性体结构动力学方程,对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行多工况双向同步耦合求解,研究了流固耦合作用对轴流泵内部流场的影响。结果表明:考虑流固耦合作用后,叶片工作面和背面的压差有所减小,说明叶片性能有所下降;叶片出口处的二次回流现象有所加剧;计算得到的轴流泵水力性能参数更加接近试验值,说明考虑流固耦合后的流场更加接近于真实流场。     

基于单向流固耦合的潮流能水轮机叶片强度及模态分析

叶片作为潮流能水轮机叶轮的关键部件,在其工作过程中受到水流的作用力,会对其安全性与稳定性有一定的影响。文中基于Workbench,先用CFX软件对水平轴潮流能水轮机叶轮在正常流速和最大流速情况下所受流体作用力进行了稳态数值模拟;然后在Workbench内完成流体域和结构域两个物理场之间数据的传递,采用单向流固耦合的方法将流场载荷施加到叶片结构上并对其进行了强度分析,得到了叶片变形及应力的变化情况;最后对叶片进行了模态分析,得到叶片各阶模态振型、频率及最大变形量,并且对结果进行了分析。     

基于简化模型的头车转向架气动噪声特性研究

由于高速列车气动噪声形成的机理和分析较为复杂,目前的检测系统还不能从列车高速运行状态下噪声测试中做出清楚的分辨,通过计算流体力学方法研究高速列车头车转向架气动噪声特性。建立经过简化的转向架、头车未安装转向架的简化车身和头车安装简化转向架的车身三种计算模型,分析列车运行200 km/h,300 km/h速度下简化转向架周围流场与气动声场特性,进一步分析此速度下简化转向架对头车车外气动噪声的影响。分析结果显示转向架周围有周期性的漩涡生成、脱落现象,气动噪声在其周围的辐射规律呈现偶极子分布。转向架车轴和构架横梁的上、下表面为偶极子声源集中的部位。前轮对在垂直与气流方向的竖直平面上和平行于气流方向的竖直平面上引起的噪声比后轮对大,在平行于气流的水平平面上比后轮对小。两个速度下,转向架气动噪声分布规律大致相同,幅值有差别。转向架使头车车外噪声显著增高,转向架附近噪声增幅尤为明显。行车速度200 km/h时,简化转向架能使头车车外气动噪声幅值增大3~5 d BA,行车速度300 km/h时,增幅为5~8 d BA。     

基于Workbench整体叶轮流固耦合强度分析

作为许多动力机械的核心部件的叶轮,其强度及可靠性的问题日渐突出。叶轮工作时,流体力和高速旋转时的离心力为其主要载荷。基于Workbench软件对整体叶轮的内部流场和工作压力分布进行数值模拟;使用ANSYS CFX进行复杂几何形状叶轮的流体动力分析,得到了整体叶轮的流场和工作压力场及流体载荷在叶轮内部产生的等效应力分布图,并耦合了旋转离心载荷等,研究了在高压工况情况下,叶轮的载荷组成和流固耦合下的叶轮强度。     

基于流固耦合的波箔动压气体轴承承载性能优化

基于有限元软件Ansys Workbench,建立波箔动压气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨不同转速和波箔片结构参数（波箔的长度比、高度以及厚度）对轴承承载性能的影响规律。结果表明：轴承气膜压力大小的分布与平箔片变形量的大小成对应关系,说明提出的流固耦合方法能很好地反映波箔动压气体轴承的润滑状态;随着转速的增大,轴承动压效应不断增强,承载力增大,且平箔片的结构变形不断增大,致使气膜压力的收敛区发生波动;随着波箔的长度比和波箔片厚度的增加,轴承承载力先快速增大后趋于稳定,而波箔片高度对承载力影响不大,表明适当增加波箔的长度比和波箔片厚度可以提高承载力。