涡激振动小圆柱对翼型气动力影响的数值研究

在大攻角来流时,翼型吸力面气流常产生流动分离现象,使翼型气动性能恶化。针对大攻角情况下的流动分离现象,本文在翼型前缘加入控制柱,通过数值仿真探究发生涡激振动的小圆柱对于翼型气动力的影响。基于计算流体力学、结构动力学和嵌套网格技术,本文建立了二维流固耦合模型。以NACA0012翼型为例,对翼型前缘设置涡激振动圆柱的流场情况进行模拟,并且对比了静止圆柱与振动圆柱情况下的流场变化。通过流线图和涡量云图分析了小圆柱流动控制的机理。仿真结果表明:设置静止小圆柱可以提高大攻角下的翼型升阻比,使小圆柱产生涡激振动之后,能够进一步有效地提高大攻角下的翼型升阻比50%以上。涡激振动小圆柱的引入在大攻角条件下对提升翼型升阻比具有显著效果,为改善翼型气动性能提供了一种有效的流动控制手段。

超临界压力汽轮机蒸汽激振问题分析及对策

本文深入研究了在超临界压力条件下蒸汽激振的发生原因和影响因素。研究首先建立了超临界压力汽轮机蒸汽激振的数学模型,分析了高温高压环境下蒸汽流动对系统动力学特性的影响。采用计算流体动力学(CFD)模拟了蒸汽在超临界压力条件下的流动行为,并通过振动分析揭示了激振现象产生的机理。在此基础上,提出了针对性的对策措施,包括优化管道设计、改进阀门控制策略等,以减少蒸汽激振对系统安全稳定运行的影响。本研究的结果为超临界压力汽轮机的设计和运行优化提供了理论支持和实际指导。

不同预紧力时隔水管涡激振动特性三维数值模拟研究

涡激振动是导致隔水管疲劳损坏甚至断裂的主要诱因,它会影响海洋作业,甚至会造成严重的工程和海洋环境事故。通过流体场、固体场求解器的耦合求解完成了隔水管涡激振动的三维数值模拟,模拟结果与实验结果吻合良好,同时进行振型分析解释了多阶振动模态的现象。探讨了不同预紧力时的涡激振动特性,结果表明预紧力增大,隔水管振动幅度减小,可激发的模态阶数降低,体现出预紧力对涡激振动的抑制效果。

薄平板断面气动自激力振幅效应数值模拟

为研究振幅对桥梁主梁断面气动自激力的影响,以薄平板断面为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法进行气动自激力振幅效应研究.首先采用强迫振动数值模拟方法,研究了不同振幅下薄平板断面颤振导数与气动力迟滞相位,分析了薄平板断面气动力的频谱特性;然后采用自由振动数值模拟方法,研究了薄平板断面的颤振响应演变规律.薄平板断面强迫振动数值模拟结果表明:扭转振幅对薄平板断面颤振导数影响较大,在高折算风速下,颤振导数A*2随着振幅的增大由负转正,竖向振幅对薄平板断面颤振导数影响相对较小;扭转振幅的增大引起薄平板断面气动力迟滞相位正弦值发生了较大变化;当扭转振幅大于8°时,薄平板断面气动力存在较为明显的高次谐波分量,主要为三阶与五阶分量,竖向振幅引起的薄平板断面气动力高阶分量不明显.薄平板断面自由振动数值模拟结果表明:薄平板断面在颤振发散过程中,其瞬时频率、瞬时阻尼比与竖向扭转位移相位差均随振幅变化.

偏心及部分进汽下密封间隙流体激振力数值研究

喷嘴配汽汽轮机在部分进汽时调节级附近会形成极不均匀的流场,不仅影响调节级动叶轮周力的分布,还会对临近密封间隙内的流场及流体对转子的作用力产生扰动。以某国产300MW汽轮机端部汽封间隙为参考,建立密封间隙CFD模型,求解三维、粘性、可压缩N-S方程,研究了不同进汽方式、偏心情况下流场特性及流体对转子作用力。结果表明:部分进汽的位置、转子的偏心距及两者的相对位置对汽流力的大小、方向和变化趋势产生了较大的影响。在某些部分进汽情况下,偏心距增大也会减小汽流力。

流体动力系统激波的数值模拟

本文为了对流体动力系统含有激波的跨音速流动进行数值模拟，给出了曲线坐标系下的LU-AUSMLW算法。该算法综合利用了AUSMPW格式与LU-SGS方法的优点。本文通过采用三阶MUSCL格式获得高阶精度。为了验证该算法的精度，对通道和叶栅中含有激波的跨音速流动进行了数值模拟。本文数值试验的计算结果与文献计算结果相符很好。

基桩检测反射波法激振力的数值模拟

通过引述振源激振的动力模型和相应的控制方程,用四阶Runge-Kutta方法解得该方程的数值解。并结合桩基检测中常用的振源及工程桩的参数,绘出了激振力的图形。并将该图形与两种常用的激振力脉冲模拟函数对应的图形进行对比,以评价各模拟函数的精确度和适用性。通过改变单一参数的方法模拟了振源的质量、冲击速度、材质的软硬程度对激励力的力幅和脉冲宽度的影响。最后将现场对比试验结果与本文方法分析的结果进行对比分析,二者结论一致。说明本文的方法可以很好的模拟振源的激振力。同时也对该模型的优缺点加以分析。

叶轮偏心间隙气流激振力的数值模拟

叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振影响透平轮机械的安全运行,运用CFD理论研究了气流激振问题,通过Fluent软件对轴流引风机的一级带偏心叶轮的内部流场的数值模拟,计算出了该级叶轮由于叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力,该数值模拟计算结果与理论计算结果取得了较好的一致。通过改变叶轮的叶顶间隙、偏心距以及转速,可以发现由叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力F与叶顶间隙δ成反比,与叶轮偏心距e、转速n成正比。

基于流固耦合作用的纤维增强复合材料海洋立管涡激振动的三维计算流体动力学模拟

对正交式纤维增强复合材料海洋立管、优化后的纤维增强复合材料海洋立管和金属海洋立管进行基于流固耦合作用的三维计算流体动力学涡激振动模拟,探索不同材料的海洋立管的涡激振动特征;通过等效弹性模量法及层状结构法分别构建3种整体模型,通过System coupling模块与Fluent软件模拟所得的流场结果进行交互,以实现二者之间的耦合作用,并对比不同建模方式及不同种类立管在涡激振动作用下立管位移和应力响应的影响。结果表明:不同建模方式所得的涡激振动特征相近;结构的构造不同使得优化后的纤维增强复合材料海洋立管的位移及应力响应均大于正交式纤维复合材料海洋立管的;在涡激振动作用下,纤维增强复合材料海洋立管的振动幅值大于金属海洋立管的,其应力幅值小于金属海洋立管的,并且二者的变形与应力分布特征也显著不同,与不同种类海洋立管的几何构造尺寸、弹性模量、顶张力、支撑条件等有关。

船用舱底水转子泵流体激振力数值计算

非稳态流动激励是船用舱底水转子泵振动的关键问题,分析转子泵在转驳系统运转时的流体激振力特性,对于增强船舶舒适性具有重要意义。以转子泵凸轮转子为研究对象,基于Fluent动网格模拟方法进行流场分析,开展瞬态时间步加载数值计算,获得了流量脉动曲线。以转子泵泵壳为研究对象,基于Fluent泵壳受力监测,开展了3个方向受力随时间步的分析,获得了一周期内3方向的泵壳激振力变化曲线。研究结果表明:1)转子泵的流体激振力主要集中在泵壳底座垂直方向与水平方向上,其水平方向上受力平均值和标准差最大;2)转子泵与底座垂直方向的激振力主要频率点为136Hz,水平方向激振力主要频率点为91 Hz,均为低频段。

600MW汽轮机叶轮偏心汽流激振力分析与模拟

以某发电厂超临界600 MW汽轮机转子为研究对象,根据蒸汽做功原理对动叶流道处的动偏心激振力进行了分析.在围带汽封处采用CFD软件模拟涡动转子泄漏蒸汽的三维黏性流场,确定了汽流激振力.计算结果表明:在不对称进汽工况下,转子将受到较大的静态汽流力;当采用对称进汽时,汽流激振力很小,有利于提高转子的稳定性;与额定工况比较,在阀门全开(VWO)工况下,径向激振力的增幅很大,而切向激振力和泄漏量的增幅却很小,表明大型汽轮机采取对称进汽方式可以提高转子运行的稳定性.

离心泵变工况流场及叶轮流体激振力研究

目前采用势流理论计算离心泵叶轮的流体激振问题的结果不佳,对离心泵三维流场进行了定常和非定常计算,分析了不同工况下离心泵蜗壳内的压力分布情况,研究了不同工况下的离心泵叶轮上的稳态和瞬态作用力的变化规律.计算结果表明,稳态作用力在不同工况下的计算值能较好符合实验数据,离心泵偏离设计工况时稳态作用力会显著增加;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系,不同工况下瞬态作用力呈周期变化,其变化频率与叶片通过频率基本一致,随流量增大其幅值也显著增大.对稳态和瞬态作用力进行深入研究可以为离心泵叶轮流固耦合振动分析打下基础,有利于离心泵叶轮转子系统的减振降噪.

横向流体激振力作用下的不平衡离心叶轮转子分岔特性研究

将叶轮转子系统简化为Jeffcott转子,建立了不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线线轴承油膜力作用下的振动模型,并推导了系统的无量纲运动方程。运用数值积分法研究了系统的分岔特性。最后分析了横向流体激振力以及叶轮不平质量对离心叶轮系统动力学性能的影响。

高速离心泵隔舌对流体激振力的影响研究

为了研究隔舌厚度对高速离心泵压力脉动的影响规律,采用基于RNG k-ε型封闭的Reynold平均方程和滑移网格技术对三维非定常流进行了数值模拟,得到了内部流场特性及泵的压力脉动情况,并对其进行了频域分析。计算结果表明:在设计工况下,叶轮受到的激振力与叶轮和隔舌的压力脉动有关;激振力的频率主要成分是叶片通过隔舌的频率;流体激振力的幅值随着隔舌厚度的增加而增加。

流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究

对高速泵三维流场进行了非定常计算,分析了高速泵内的压力分布情况。研究了高速泵叶轮上的稳态径向力和脉动径向力,分析了流体激振力对高速泵叶轮系统的振动及其轴心轨迹的影响。计算结果表明:泵内部流场的压力分布合理,稳态作用力的计算符合实际数据;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系;在脉动激振力作用下,泵转子振动响应谱图中出现了脉动激振力的频率及其谐波频率。

流体激发结构振动响应预测模型及激振力的识别

本文引入模态分析方法用以建立流体诱发结构振动的应变响应予测模型。具体讨论了处于横向流作用下的单根圆柱的振动应变响应问题,推导了用模态参数表达的应变传递函数矩阵及应变响应的表达式,叙述了应用电阻应变计来测量应变响应和应变传递函数的方法。在此基础上,测量了在某一流场条件下的振动应变响应,据此识别了流体激励力谱。实验结果表明,在雷诺数为10~4左右时,流体的激振力主要来自旋涡脱落,湍流脉动所起作用则较小。

风雨激振时水线与拉索双向耦合的三维数值模拟

基于滑移理论推导出三维节段斜拉索气动升力的计算公式;考虑水线运动、气流变化和拉索振动之间的相互影响,将三维水膜运动方程与单自由度振动理论相结合建立双向耦合的三维风雨激振数学模型,研究三维刚性节段斜拉索表面水膜形态变化规律、拉索升力及其振动规律。结果表明:应用三维滑移理论模型数值模拟得到的拉索表面上下水线的位置、形态、厚度及环向振荡范围均与实验结果相近;上水线的环向周期性运动导致拉索升力周期性变化,二者步调一致且频率相同,均接近拉索自振频率,引发拉索大幅度自激振动。

批次式种子清选机橡胶球清筛装置激振力模拟分析

橡胶球清筛装置清筛性能对批次式种子清选机作业效率与质量具有重要影响,橡胶球对筛面的激振力是决定清筛性能的关键因素。针对橡胶球随机弹性碰撞清筛过程理论解析困难、橡胶球激振力难以精准获取等问题,该研究介绍了橡胶球清筛装置结构与工作原理,分析了橡胶球弹跳产生条件与激振力作用机制;采用Hertz-Mindlin接触模型建立了筛分装置EDEM-MBD耦合仿真模型,并搭建了橡胶球激振力测定装置,单个橡胶球平均激振力、最大激振力模拟值与实测值相对误差分别小于5%、10%,形成了橡胶球激振力模拟方法;采用四因素三水平Box-Behnken试验模拟了不同工况下清筛装置激振力,建立了平均激振力、最大激振力与振幅、振动频率、筛面倾角、球格球数等参数的数学关系;以筛面卡种数量为指标开展了玉米种子清选清筛性能试验,获得了不同振动频率下筛面卡种数量与清筛装置激振力的对应关系。试验结果表明:振动频率为7.2 Hz时筛面无卡种,清筛装置平均激振力8.87 N、最大激振力18.78 N;批次式玉米种子清选作业各工况清筛装置激振力应满足条件:平均激振力≥9 N、最大激振力≥19 N。研究结果可为橡胶球清筛装置清筛机理研究及其结构参数优化提供研究方法与设计参考。

磁流体动力学控制二维扩压器流场数值模拟研究

对常规扩压器进行了简介并作机理分析。用小磁雷诺数假设下基于Favre质量平均的全Navier-Stokes方程来求解外加电磁场的超声速扩压器流场。与常规扩压器比较可以发现,选用适当的外加电磁场组合可以使流动在更短的距离内实现减速扩压,并将部分动能转化为电能。研究表明:仅添加一定外磁场时,第一道激波位置、第二道激波位置、激波串长度分别为无外加电磁场情况的62.19%,77.74%和50.18%。

调节级非定常流动与汽流激振力数值研究

采用ANSYS-CFX商用软件数值研究了亚临界600MW汽轮机调节级在不同工况下的三维非定常流动特性与汽流激振力的变化规律。结果表明:随着调节阀门的开启,调节级后的压力升高,焓降和功率逐渐减小,级效率升高,余速损失减小;部分进汽调节级会对动叶产生明显的激振力;在进汽弧段,动叶激振力变化均匀,而从进汽弧段旋转到非进汽弧段以及在喷嘴端面附近时,汽流激振力会发生很大突变。两阀全开时动叶受切向力最大,随着阀门的开启,叶片受切向力逐渐减小。动叶片受到的低频激振力频率集中区域均小于1 000Hz,远小于高频激振力频率。