土壤中非稳定耦合渗流问题的拟解析解及压力动态特征

在考虑多孔介质中流体流动与岩土介质耦合作用的前提下，基于流固耦合力学理论，建立了土壤中非稳态渗流问题的流固耦合数学模型，并对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行拟解析求解，讨论其压力动态特征，分析压力随饱和度S及时间t变化的情况，为实验室确定压力－饱和度－渗透率三者之间的关系提供理论依据。     

基于双向流固耦合水平轴风力机输出功率分析

针对流固耦合作用影响风力机的气动性能问题,基于CFX与ANSYS对风力机双向流固耦合模拟及未考虑耦合的风力机流场和结构场进行模拟,探究在额定工况下流固耦合作用对风力机输出功率影响情况.通过对比分析耦合前后的叶片表面压力分布、叶片的变形、风轮的扭矩进而研究风力机输出功率的变化.结果表明:考虑流固耦合作用时,风轮压力面的正压值基本不变,吸力面的负压值明显减小,叶片表面的压力差增大,而叶片在流固耦合作用下表面压力分布趋势无明显变化;叶片主要变形集中在靠近叶尖处,且越接近叶尖变形越大,呈非线性分布,叶片在流固耦合后的变形量相对未耦合增大,叶片的变形主要是沿着轴向的挥舞变形;且叶片的扭矩也更大,流固耦合作用下计算风力机输出功率为383 W,比未耦合增大1.6%,与试验值更接近.     

基于双向流固耦合的混流泵叶轮力学特性研究

基于双向同步求解方法对混流泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究流固耦合作用下混流泵叶轮转子的力学特性。流场计算采用雷诺时均方法和标准k-ε湍流模型,结构响应采用弹性体结构动力学方程。通过对比分析流固耦合前后流道内不同位置压力监测点的压力脉动、外特性变化,研究流固耦合作用对混流泵流场的影响,并基于双向流固耦合分析了叶轮叶片的变形与动应力分布。研究结果表明,流固耦合作用对导叶出口处压力脉动幅值影响较大,耦合后扬程和功率波动幅值有所增加,而效率有所下降。考虑流固耦合作用,叶片最大变形发生在叶片出口边背面靠近轮缘处,最大变形量约为0.062 7 mm;最大等效应力发生在叶片背面靠近轮毂出口边附近,最大等效应力约19.85 MPa;采样点耦合动应力呈现周期性变化,轮缘与轮毂上动应力幅值相差3个数量级,轮毂处相比其他位置更易发生疲劳破坏。研究结果为混流泵叶片的结构设计和可靠性分析提供了参考依据。     

高压核电平板闸阀的设计与数值模拟

针对核电工业的需要设计了公称压力为25 MPa、公称直径为150 mm的高压电动平板闸阀,介绍了其主要结构的设计及计算方法.分析了阀门开启状态下流动压力损失的产生原因及分布区域.对阀门进行了流固耦合计算,以研究介质载荷对其结构产生的影响.建立了闸阀及水体的三维模型,利用CFX软件对模型进行网格划分并定义边界条件,计算后得到了介质流动状态下的压力、速度分布,并指出了产生压力损失的主要部位.利用Ansys软件将介质载荷施加到闸阀上进行流固耦合分析.结果表明,介质在阀座区产生涡流损失,阀座区之后静压值明显下降,流道壁面处流速减小,闸阀中腔上部的压力降和速度都很小.闸阀的流阻系数为0.093,闸阀的最大变形为19.4μm,最大应力值为70.8 MPa,分别位于阀座出口端的顶部和侧面;开启状态下闸阀的变形及应力均在允许范围内.     

镶嵌式仿生耦合功能表面流体介质控制机制研究

模拟海豚镶嵌式皮肤结构,设计一种仿生耦合功能表面。利用ANSYS-Workbench软件对镶嵌式仿生耦合功能表面进行双向流固耦合计算,流体计算采用CFX下的标准k-ε湍流模型,固体计算采用Transient structural。模拟结果表明,耦合功能表面湍动能、表面速度明显降低,表面柔性材料产生位移变形。模拟结果表明,表面柔性材料通过变形与基底刚性材料耦合,通过对流体介质的顺应实现对流体介质的控制;通过表面材料的弹性变形吸收部分能量,有效降低了流体介质的湍动能,避免了流固交界面能量过分交换而带来的能量损失。     

流固耦合系统振动分析方法

根据流体与固体本构关系,采用模态综合技术得到了流固耦合振动分析数学模型;同时探讨了其求解过程及解析结果的物理意义。     

动压型机械密封内流场及性能的流固热耦合

为了分析液体动压型机械密封环变形对间隙液膜特性的影响,基于Workbench平台建立动环-液膜-静环的双向流固热耦合计算模型,对变形后的内流场进行模拟计算,对双向流固热耦合前后内流场的压力、温度以及螺旋槽内速度进行对比分析,并比较了流固热耦合后开启力、摩擦扭矩以及泄漏量的变化.研究结果表明:经过双向流固热耦合计算后,液膜在动环端面附近受压缩,在静环端面附近沿周向呈明显波浪状周期性波动,外径处液膜平均厚度减小、内径处液膜平均厚度增大,液膜厚度最大变化约16.0%;双向流固热耦合前后压力场、温度场分布规律类似,但液膜最高压力明显变大,在文中计算工况下变大约67.0%,液膜最高温度略有变大,螺旋槽根部附近液体流速降低;考虑了流固热耦合变形后,液膜开启力变大,摩擦扭矩略微变大,泄漏量明显变大,且转速越高各密封性能参数的变化越大.     

多孔介质两相流的统一毛细压力--饱和度关系曲线

有机污染物(NAPLs)在地下水非饱和区和饱和区中的运动属于多孔介质中的多相流问题,其中毛细压力与饱和度的关系是求解多相流运动方程的基础. 前人的研究表明,对于一定的多孔介质,建立其中任意两相流的统一毛细压力饱和度关系曲线是可能的.利用多孔介质毛细管模型,得到了利用气水两相的毛细压力饱和度关系式推求气-NAPL、水-NAPL两相的毛细压力饱和度关系的毛细压力折算系数.从而得出对于同一介质中的任意两相流动,只要某两相的毛细压力饱和度关系(一般选择气水两相)已知,其它任意两相的关系都可以通过所得出的毛细压力折算系数而得到.     

多孔介质两相流的统一毛细压力——饱和度关系曲线

有机污染物（ＮＡＰＬｓ）在地下水非饱和区和饱和区中的运动属于多孔介质中的多相流问题，其中毛细压力与饱和度的关系是求解多相流运动方程的基础。前人的研究表明，对于一定的多孔介质，建立其中任意两相流的统一毛细压力－饱和度关系曲线是可能的。利用多孔介质毛细管模型，得到了利用气－水两相的毛细压力－饱和度关系式推求气－ＮＡＰＬ、水－ＮＡＰＬ两相的毛细压力－饱和度关系的毛细压力折算系数。从而得出对于同一介质中的     

流固耦合作用对螺旋离心泵流场影响的数值分析

为研究流固耦合作用对螺旋离心泵内部流场的影响,以ZJ200-25型螺旋离心泵为研究对象,应用计算流体力学软件CFX12.1和有限元软件ANSYS Workbench对螺旋离心泵进行了考虑内部流场和结构相互作用的两场交替联合求解,并以相同的设置对不考虑流固耦合作用的内部流场进行了计算.对比分析两种计算方法得到的流场发现,考虑流固耦合作用后:泵进口处的压力波动加剧,出口压力波动强度降低,进出口波动频率不变,但相位有改变;速度分布满足共同的规律,但在小流量工况下差别最大,同时在叶片与隔舌处于相干位置时,隔舌附近流动也受到明显影响;径向力大小随时间变化规律一致,但波动范围减小;考虑流固耦合作用后叶轮流道内流动更加不对称.     

液力偶合器部分充液流场数值模拟与特性计

利用CFD平台的滑动网格法与混合模型模拟液力偶合器流场的瞬态流动,得到偶合器内部速度与压力分布.总结了不同充液率下流场结构的变化及两相分布情况.基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩,并计算出不同充液率下液力偶合器的原始特性.将性能预测结果与实验进行了对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,基本反映了流道内部流动的基本特征.     

车用凸轮式氢气循环泵内非定常流动特性

为了研究高转速工况下车用凸轮式氢气循环泵内部流场分布规律和压力脉动特性,以某一种车用凸轮式氢气循环泵为研究对象,建立三维瞬态计算流体力学模型,基于ANSYS Fluent软件的动网格技术,采用Realizable k-ε湍流模型和PISO压力-速度耦合算法,对氢气循环泵全流道进行非定常可压缩数值模拟.通过在氢气循环泵旋转流道周向设置压力脉动监测点,应用快速傅里叶变换(FFT)技术获得各监测点的压力脉动频域图,得到流道内压力脉动频率分布规律.将数值模拟结果和理论分析结果进行对比,验证了基于动网格技术的数值模拟方法能较准确地预测车用凸轮式氢气循环泵内流脉动特性.研究结果表明:数值模拟得到的排气流量平均值和理论分析结果误差为4.7%,可以较准确地反映泵内部气体流量脉动规律;通过分析排气流道内涡量场分布,发现排气流道内出口回流和负的z向涡量正相关,随着出流气体占据排气流道,负的z向涡量消失;氢气循环泵旋转流道周向压力脉动主频为267 Hz,与转子旋转基频一致.研究结果为进一步分析凸轮式氢气循环泵内流脉动特性提供了一定依据.     

基于不同曳力模型的鼓泡流化床CFD-DEM数值模拟与试验研究

为了准确选择稠密气固两相流中的曳力模型以提高数值模拟结果的准确性,基于CFD-DEM双向耦合方法,采用现阶段气固流化床数值模拟中常用的Ergun,Wen&Yu,Syamal-O'Brien,Gidaspow,Di Felice以及Huilin&Gidaspow共6种曳力模型开展数值模拟,将其与高速摄影试验测得的床层高度...     

流固耦合方法在农业工程中的应用

利用流固耦合方法解决农业工程中物料与其所处流场间相互作用及质量、动量和能量的相互转换对作业效果的影响是现代农业机械设计及优化环节中的研究热点和难点。从流固耦合方法的基本原理出发，阐述在农业工程各典型环节流固耦合方法的应用现状和发展趋势。对基于流固耦合的数值模拟仿真及其应用推广所面临的主要问题进行分析和总结，指出农业物料颗粒模型还原度低和网格模型验证方法缺失是流固耦合方法在农业工程领域中进一步发展的制约因素。加强颗粒模型和网格绘制的基础研究工作，将促使流固耦合方法在农业工程领域得到较大范围的推广与应用，并且向多元化方向发展。与此同时，推动更适合农业物料建模的软件平台开发，提高计算机计算能力，提升模型计算效率和准确性是今后的研究方向和工作重点。     

液力偶合器内部流动数值模拟

为分析液力偶合器内流场的流动情况,对偶合器内部的三维流场进行数值模拟,根据模拟结果对偶合器在制动工况及牵引工况内流场的速度、压力分布进行详细分析,探讨其泵轮和涡轮流场的流动特性,为偶合器的优化设计提供参考。     

螺旋混流式喷水推进泵的噪声特性

为了研究螺旋混流泵不同运行工况下的噪声特性,基于DES湍流模型,对螺旋混流泵进行非定常数值计算,提取各过流部件表面非定常压力脉动作为声源,采用声学有限元结合声振耦合的方法对由各过流部件偶极子源所引起的噪声进行数值计算,分析了其外场噪声规律及各过流部件的噪声分布特征.结果表明:壳体偶极子源是外场噪声的主要贡献,叶轮偶极子源噪声在其叶片进口端的前段声压级最高,叶轮工作时叶片表面的非定常载荷及动静干涉的作用是影响叶轮噪声的主要原因;导叶偶极子源声压级最高区域集中在曲率最大处及进口端,流道内不稳定流动及动静干涉的作用是导叶噪声发生的主要原因.     

高温熔盐泵内部非稳态流动对压力脉动特性的影响

为探究高温熔盐泵内部非稳态涡结构与压力脉动特性的关联性,构建熔盐泵与储盐罐全流道计算模型,基于RN G k-ε湍流模型的数值计算,对不同工况下泵内压力脉动频谱特征与涡结构演化规律进行分析.结果表明:由动静干涉引起的叶频(fBPF)、导叶频(fDPF)及其倍频信号在泵内压力脉动频谱中占主导,同时压力脉动程度随运行工况与测...     

导叶开度对混流式水轮机转轮应力应变的影响

为了研究混流式水轮机转轮应力及变形情况,基于单向流固耦合理论,利用Workbench平台对其进行数值模拟.在模拟过程中首先利用ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型对水轮机三维流态进行计算,其次通过Static Structural将流场水压力传递到转轮表面,进而进行耦合计算并得到了转轮应力和变形分布规律,最后通过试验结果对数值计算结果进行验证.研究表明:在100%开度下,从最低水头到额定水头、从额定水头到最高水头,转轮最大主应力与等效应力分别增大了9.8%,15.9%.另外在不同导叶开度下,水轮机转轮叶片瞬态较大变形、最大主应力以及最大等效应力均主要集中在叶片出水边与泄水锥交界处和叶片出水边靠近下环处,且随着导叶开度增大这些值均逐渐增大,特别在叶片出水边靠近下环处,由于该位置较薄,且在交变应力的反复作用下,该位置易发生疲劳破坏,因此更易出现裂纹和断裂.     

粗糙面变形特性对摩擦温度与接触压力的影响

在考虑微凸体间的相互作用及摩擦界面摩擦热流耦合等影响基础上,建立一具有三维分形特性粗糙表面/理想平面接触的热力耦合模型,运用有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟并分析了弹性粗糙实体/理想平面刚性体(E/R)、弹塑性粗糙实体/理想平面刚性体(P/R)的摩擦滑动过程,揭示了粗糙表面不同变形特性下粗糙实体摩擦热、接触压力与接触面积的变化规律。发现在匀速滑动过程中,摩擦表面最高接触温度在波动中缓慢上升,而最大接触压力和接触面积则在一定范围内波动。弹性接触(E/R)中接触压力、摩擦温度比弹塑性接触(P/R)大,而接触面积则小很多。在分析摩擦过程中粗糙实体热、力问题时,考虑粗糙接触体的弹塑性变形对结果有较大的影响。