基于FEM/CFD方法的桨-轴系统双向流固耦合特性数值模拟研究

船舶航行时螺旋桨产生的激励力会引起推进轴系振动,而轴系振动也会对螺旋桨产生反馈,引起复杂空间运动,桨-轴系统中存在着双向流固耦合问题。为了研究这种复杂动力学特性,本文基于有限元(FEM)和计算流体力学(CFD)方法,建立能够模拟轴系多自由度振动与螺旋桨粘性流场耦合的数值模型,在流场求解器中进行二次开发实现双向耦合的迭代求解,并进行多个算例的模拟来研究流体激励与振动响应的变化规律。结果表明:本文提出的方法具有实用价值,采用该方法进行双向流固耦合分析时收敛性与精度满足工程要求,求解速度较快且无需附加的计算资源;双向耦合效应与质量不平衡对轴频处的幅值有较大影响,而非均匀来流对叶频处的幅值有较大影响。

基于混合计算声学法的高速离心风机气动噪声特性研究

本文基于分离涡模拟和声学有限元相结合的混合方法对某船用高速离心风机进行气动噪声理论分析,同时结合试验测试研究,验证了理论分析的合理性。研究表明,叶轮旋转区域声源为气动噪声主要来源,叶频处的气动噪声指向性特征最明显,对离心风机气动噪声贡献量最大。叶轮旋转区域的面声源为离散单音噪声的主要来源,蜗壳和管道静止区域体声源主要贡献了低频段和宽频噪声。气动噪声数值模拟与试验值吻合较好,证明了理论方法的准确性。此项理论方法研究为高速离心风机空气动力学噪声预测提供了有效策略,可为离心风机结构低噪声优化设计提供依据。

转轴动力学特性对离心泵压力脉动的影响分析

对于电动泵的研究而言,离心泵、转轴和电机应视为一个完整的系统来分析。若忽略了设备间的相互影响,单独对系统中的某一设备进行分析计算将可能无法通过仿真模型计算得到实验过程中出现的所有频率成分。本文建立了包括电机、转轴和泵在内的多场耦合仿真模型,用于分析轴在扭转方向的动力学特性对泵运行状态的影响。首先,建立了电机与水泵的仿真模型,并用转轴将其联系起来,实现系统的耦合仿真模拟;然后,计算了电机、转轴和水泵在相互作用影响下的转速波动情况和泵出口的压力脉动情况。结果表明,系统中不同设备间的转矩和转速是相互联系的;转轴同时连接着电机与水泵,其扭振特性也会在水泵瞬时转速的频率成分中体现;水泵运行转速的波动会进一步影响其壁面压力脉动的特性,最终可能导致在泵壳的振动信号中出现与水泵自身无关的频率成分。

车用滚装船轴系振动异常诊断与诊治

针对某型车用滚装船试航过程中出现的轴系纵向窜动过大导致的纵振超标问题,建立面向超长轴系的纵-扭耦合振动分析模型,综合分析轴系固有特性变化规律,并结合实船测试结果,确定轴系振动异常是由轴系纵振与主机运行转速匹配不当所致。开展轴系振动异常诊治研究,提出多种面向超长轴系的结构优化及振动控制策略,预测多诊治措施下的振动发展走向。结合现场实际状态选择最优诊治方案并进行试航验证,结果发现轴系纵振得到明显改善。