基于CFD的月牙肋钢岔管单向流固耦合分析

压力钢管在众多水利水电工程中被广泛应用。钢岔管作为压力钢管中最为复杂的结构,一直是设计过程中研究的重点。近年来,月牙肋岔管由于结构受力条件好、节省工程量、水力学条件优越等众多优点,在大直径、高水头电站中得到普遍应用。应用CFD方法对国外某水电站压力钢岔管进行单向流固耦合分析,首先根据流体计算结果,分析得出岔管内动水压力对岔管及月牙肋产生的荷载作用;进而将其结果作为初始条件对岔管结构进行应力分析;最终得出在运行工况下,仅动水压力对钢岔管产生的荷载为静水压力的1%,应力不超过其允许应力的4%。

液控单向阀瞬态开启过程流固耦合特性研究

为研究智能完井井下液压解码器内的一种微型液控单向阀的动态响应和可靠性,基于动网格理论建立了该阀的三维流固耦合分析模型,结合该阀的实际工况,开发了一套新的UDF程序,利用Fluent 6DOF方法求解阀芯在高压油液和微型液缸共同作用下的运动现象,获得了阀芯的瞬时位移曲线和速度曲线,以及阀芯表面的压力场和速度场。研究结果表明:在新开发的UDF程序作用下,该微型液控单向阀在1 ms内就完成了开启过程,实现了微型液控单向阀由关闭状态至完全开启的高速通流过程的动力学响应;新开发的UDF程序解决了阀芯在运动过程中的振动问题,同时验证了微型液控单向阀作为解码器基本控制单元的可靠性。仿真结果与实际工作情况高度一致,对现场应用具有重要的指导作用。

基于ANSYS-CFX的离心压缩机叶轮流固耦合仿真分析

依据某公司对生产一台智能橇装式LNG液化设备的技术要求,以其中的离心压缩机核心部件叶轮为研究对象,通过对叶轮的数字化设计计算,建立叶轮的三维模型和CFD有限元模型,应用ANSYS-CFX流体动力学分析软件对叶轮进行单向流固耦合仿真研究,分析了叶轮内部流体气动压力和流场温度变化对叶轮结构强度和刚度的影响,得到了叶轮温度和压力分布云图以及考虑流固耦合影响后的叶轮的应力变形云图。研究结果表明:离心压缩机级温度升高较大,应在叶轮出口加入极间冷却;流场气动压力对叶轮结构影响较小,但在离心惯性力作用下结构应力很大,尽量采用高强度材料,并控制叶轮极限转速。

城市中心高层双塔建筑风效应及风振响应数值模拟研究

基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)与有限元方法(Finite Element Method,FEM),对城市区域的高层双塔建筑风荷载以及风振响应问题开展了系统的研究。提出了基于刚度映射算法的CFD/FEM单向耦合的高层建筑风效应及舒适度评估分析框架;采用该分析框架研究了位于城市中心的高层双塔建筑围护结构风荷载及主体结构风振响应,并结合高层建筑结构规范对其位移幅值及风振舒适度进行了合理评估。结果表明:基于数值模拟的分析框架不仅能够准确地考虑真实的城市地貌,并且可以高效地开展具有复杂外形的高层建筑风荷载取值、风振响应计算以及舒适度评估分析;考虑气动干扰效应的某城市中心高层双塔建筑的风振位移响应幅值及风振舒适度评估结果满足相关规范的要求;由于考虑真实城市地貌、结构复杂气动外形以及气动干扰等因素,该数值模拟结果与我国荷载规范规定的风振系数相比偏小。因此,提出的CFD/FEM单向耦合数值模拟方法能够高效地开展高层建筑结构的抗风设计,并获得经济合理的分析结果。

基于声场精细积分算法的潜艇流激噪声预报

建立了Suboff潜艇流场、结构场和声场耦合模型,对其水下航行时流激引起的艇体低频结构振动及水下辐射噪声进行了研究。采用CFD方法对潜艇三维流场进行非定常计算,以此得到艇体表面的脉动力,并通过数据映射将该脉动力加载到潜艇有限元模型进行响应分析。以潜艇壳体响应结果为边界条件,采用声场精细积分算法对潜艇流激引起的水下辐射噪声进行预报,该算法可对Helmholtz边界积分方程(HBIE)中的弱奇异积分系数及近场积分系数进行自适应求解,当细化步数达到6时,积分以10-4的残差单调收敛。结果表明,流激作用下,潜艇水下辐射声功率及声辐射效率皆出现明显峰值,其中流激的线谱成份引起艇体受激强迫振动,辐射较强水声,宽带谱成份则引起艇体结构共振,可辐射更强的水声。因此,降低潜艇的流激噪声,需同时优化艇体型线及内部结构以改善伴流,降低湍流强度,重点是避免流激共振。

叶片材料及根部结构对潮流能水轮机性能的影响

转轮叶片材料及根部结构对潮流能水轮机水力性能和结构性能有较大影响。文章基于CFD方法对转轮直径为2 m,3种叶片根部方案的潮流能水轮机在不同来流速度工况下的水力性能进行了稳态数值模拟,计算结果表明,当来流速度为4 m/s,采用根部方案2时,机组达到最高效率73.39%。在此基础上,利用单向流固耦合的方法计算分析了该根部方案下采用4种不同材料转轮叶片的结构性能,分析结果表明,叶片采用结构钢、碳纤维HexMC和碳纤维RTP-1389时,最大应力均为130 MPa,未超过许可应力强度,结构钢最大总形变为6.55 mm,玻璃纤维最大总形变为104.72 mm。

考虑气流影响的斗式提升机卸料过程仿真研究

目前对于斗式提升机卸料状态的研究大多忽略了由于料斗的高速运动而造成的气体流动,及其对于物料颗粒卸料轨迹的影响。采用CFD动网格模拟计算求解以2 m/s提升速度运行的斗式提升机内部气流的分布状态,通过CFD-DEM单向耦合方法将流场信息转化为颗粒受力信息并叠加到物料颗粒的离散元仿真计算中,得到考虑气流影响的各尺度下物料颗粒卸料轨迹。研究结果表明,料斗运动所产生的气流造成了物料整体卸料率的下降。使用DEM-CFD单向耦合方法可以得出更为准确的斗式提升机卸料状态描述,从而为斗式提升机的优化设计提供参考。

铺层角度对复合材料翼板水动力特性影响分析

复合材料因其弯扭耦合效应、自适应等特性常被作为智能材料应用于水下结构以提升其性能。采用CFD/FEM流固耦合数值方法,以水下翼板为例,研究了复合材料铺层角度对其宏观力学性能的影响规律,揭示了材料的弯扭耦合效应以及减阻特性与铺层角度间的内在联系。结果表明,小攻角下,铺层角对复合材料翼板力学性能较小;大攻角下,材料铺层角度对其弯扭耦合效应影响明显,且合适的铺层角度能有效的减少翼板阻力;材料铺层角度方向与应力集中区呈一致性。

典型调速工况大功率液力偶合器叶轮装配体强度分析

随着大型核/火电站装机容量的大幅度增加,大功率液力偶合器作为电站系统主锅炉给水泵调速的核心元件,其工作叶轮的强度成为影响电站系统安全稳定运行的重要因素.文章以某型液力偶合器叶轮装配体为研究对象,采用单向流固耦合计算方法,建立全流道流固耦合分析模型,其中泵轮与涡轮套的端面定位采用接触算法,用梁单元模拟螺钉联接效果,对典型工况下叶轮装配体结构强度计算分析.结果表明,装配体整体变形和应力随着转速比的增大呈增加趋势,且叶轮变形大小与对应区域旋转半径长度基本成正比,说明离心载荷是影响叶轮装配体强度的主要原因;由于螺钉预紧力效应,叶轮连接区域出现局部应力集中现象;涡轮套内缘是叶轮装配体结构强度的薄弱区域,此分析结果与文献发表结果相吻合.此项研究工作为自主大功率液力偶合器叶轮结构设计及优化提供有效的应用理论指导.

基于流固耦合的滑行艇局部结构强度分析

采用ANSYS Workbench软件建立了计及三维波浪载荷的单向流固耦合计算方法和分析流程进行滑行艇结构强度校核,对滑行艇波浪破碎的局部非线性现象有较好的捕捉效果。通过与规范公式计算结果对比表明,采用CFD方法计算的波浪载荷更为合理,能够体现滑行艇结构在不同位置所受载荷的特点,对艇体结构的校核更为精确,可为滑行艇的结构设计提供参考。

矿井掘进工作面粉尘分布数值模拟

利用CFD软件和Fluent软件对斜沟矿掘进工作面的粉尘分布进行了数值模拟分析。模拟前期,掘进工作面粉尘运动规律探寻应该采用单向耦合计算方法;因为巷道壁边界风流的转化,需将函数该处的值加到求解方程中,以保证结果的准确性。模拟结果显示,相较于其他通风方式,可控循环通风可以有效地降低掘进工作面的粉尘浓度,起到改善工作面作业环境及气候的作用。

考虑围护结构破损及内部结构耦合作用的核电常规岛龙卷风荷载

我国现行规范规定,允许核电常规岛围护结构在龙卷风作用下破坏。但规范条文中仅给出了围护结构完整的核电常规岛主厂房龙卷风荷载计算方法,并未对围护破损的厂房给出具体可用的龙卷风荷载计算公式。本文采用单向流固耦合方法,模拟了龙卷风作用下的核电常规岛主厂房围护破坏过程,分析了围护破损后厂房的龙卷风荷载。在此基础上得出了厂房围护的最不利破坏模式,给出了围护破损厂房的龙卷风荷载折减系数,可用以计算围护破损厂房的龙卷风荷载。分析结果表明,围护破损后厂房的龙卷风荷载低于围护完整时按规程方法的计算值;厂房内部框架等结构对围护结构的破损率有较大影响。