核主泵叶轮间隙的轴向振动特性研究

具有径向流的间隙结构广泛存在于轴承结构与旋转机械中,间隙中的流固耦合作用可能影响整体结构的运动稳定性。基于理论间隙模型和核主泵的实际结构,本文对径向间隙流引起的轴向振动进行了多方面的研究。当间隙的一个壁面产生轴向振动并处于旋转状态时,壁面受到由径向流引起的时变轴向力,因此间隙为叶轮提供附加的轴向刚度和阻尼。通过研究以水为介质的理论间隙模型,发现径向间隙流会引起负的等效轴向动力系数(刚度和阻尼),并且流道形状是影响间隙轴向动力特性的重要因素。扩张流道和平行流道会产生负的轴向动力系数,特别是负阻尼会引起结构振动发散;而收缩流道间隙具有稳定的轴向动力特性。最后,对AP1000核主泵原型叶轮间隙模型进行分析,结果表明,间隙会引起轴向负刚度,并且在一定工况下出现负阻尼,此时系统轴向稳定性及结构安全运行将受到严重的不良影响。     

振动翼型和襟翼的绕流特性研究

用数值模拟手段详细地研究了振动翼型和襟翼的绕流问题,数值模拟的出发方程为Euler和N-S方程,格式为Bcam-Warming格式的改进型。数值实验主要针对流场的二大特性进行的,即振动对激波的影响和振动对分离的抑制作用,结果表明:(1)随翼型或襟翼的振动激波强度和位置也相应地变化但这一变化滞后于攻角的变化;(2)振幅加大激波强度的变化和激波运动范围也加大;(3)振动频率越高对激波的影响反而较低频时要小;(4)流动条件的不同可使升力回线的走向发生变化;(5)振动对分离有明显的抑制作用。     

轴向运动层合圆柱壳体的振动特性

研究了轴向运动层合圆柱壳体的振动特性．基于Donnell壳体理论,建立了轴向运动层合圆柱壳体的横向振动方程,使用Galerkin方法求解该振动方程,得到其固有频率,通过与有限元结果对比说明方法的有效性．分析了轴向速度、纤维方向角、长径比和厚径比对壳体振动特性的影响．研究表明：当纤维方向角为 (15?/-15?)s时,轴向运动柱壳前3阶固有频率达到最大值．     

轴向运动弦线的纵向振动及其控制

综述轴向运动弦线纵向振动及其控制问题的研究进展.多种工程 系统如动力传送带、磁带、纸带、纺织纤维、带锯、空中缆车索道等均 涉及轴向运动弦线的纵向振动.对线性模型而言,除早期结果外,总结了 运动弦线的模态分析、具有复杂约束和耦合的运动弦线振动和运动弦线 参数振动的近期研究.对非线性模型而言,提出了轴向运动弦线大幅纵向 振动的运动微分方程,概述了离散化和直接近似解析分析、用黏弹性材 料模型化阻尼机制和动力传输系统的耦合振动研究的新进展.讨论了轴 向运动弦线振动主动控制的研究现状,包括能控性和能观性,控制分析的 频域方法和能量方法,振动的自适应控制和非线性振动的控制.最后指出 该研究方向今后需要研究的若干重要问题,包括运动弦线的非线性动力学 行为、黏弹性运动弦线的振动、含运动弦线的混杂系统的控制和轴向运 动弦线非线性振动的控制.     

弹性振动对翼型气动特性影响的数值模拟

通过求解雷诺平均非定常Navier-Stokes方程,采用数值模拟方法计算了俯仰和沉浮振动对NACA0012翼型平均气动特性的影响.结果表明:对于俯仰运动而言,在迎角13α≤时的升力°和力矩曲线的线性段部分,振幅角的变化对动态平均升力系数和动态平均力矩系数的影响不明显,与静态时的情况基本一致;当迎角14α≥时,翼型振动的平均升力系数和动态平均力矩系数小°于静态时的情况.同一迎角条件下的俯仰振动频率越高时,其动态的平均升力系数和动态平均力矩系数越大,频率较高时的失速迎角相对于频率较低时的情况有所推迟,但相对于静态的失速迎角而言,不同频率下的动态失速迎角均提前.对于沉浮运动而言,动态平均升力系数随振幅和频率的增加而减小,动态失速迎角随振幅和频率的增大而提前.     

轴向移动系统的参数振动问题研究进展

对近二十年来轴向移动系统(移动弦，移动梁和移动带等)的参数振动研究进展进行了详细的评述，特别关注了轴向张紧力和移动速度随时间改变时轴向移动系统的参数振动特性和稳定性等问题。文章首先讨论了所研究问题的控制方程。然后详细说明了目前研究中人们较为关注的几个重点问题，如参数激励的形式，求解方法和所研究的问题等。接着在其后的两节中，分别评述了在张紧力和移动速度随时间变化时，轴向移动弦和轴向移动梁的振动问题近年来的研究进展，详细、深入讨论了模型的类型、张紧力和轴向移动速度随时间变化的形式以及在研究中使用的解题方法和系统的振动特性(振动响应、固有频率和动态稳定性)等；最后给出了在此领域今后研究中应关注的问题。     

含间隙滚子输送链传动振动特性分析与仿真

滚子链传动振动的来源主要是多边形效应、滚子与轮齿之间的冲击,滚子链传动振动引起销轴与套筒间的相对振动,销轴与套筒间不合理的间隙会加剧滚子链传动振动。在低速重载和工作环境恶劣的条件下传递动力和输送物料,剧烈的链传动振动进而影响输送链的正常工作。通过建立销轴与套筒间隙接触碰撞动力学模型,得出了在间隙存在的条件下,系统预紧力与动载荷、链条平稳性间的关系,并给出了使链条平稳运行的最佳预紧力计算公式;基于Recurdyn软件对输送链传动系统的验证仿真,得出理论计算预紧力的施加,使链节迅速趋于稳态振动的同时减小了瞬态振动幅值。本文给出的最佳预紧力为工程实践中输送链平稳运行的预紧力施加提供了理论依据,具有一定的工程价值。     

有限长大间隙环流中同心转子动特性系数研究

基于作者建立的大间隙环流中转子运动理论模型,用摄动法推导了有限长大间隙环流流场非线性控制方程的零阶和一阶摄动方程,研究了摄动方程的数值求解方法,并用该数值方法深入研究了有限长大间隙环流中同心转子的动特性系数以及壁面粗糙度、入口压力、长径比和入口预旋等参数的影响,研究结果表明,系统参数对有限长大间隙环流中同心转子动特性系数的影响是流体惯性效应、旋流效应、摩擦耗散效应和Lomakin效应综合影响的因素。     

轴向冲击载荷下开孔薄壁方管吸能特性的研究

利用有限元软件ABAQUS对开孔薄壁方管在轴向冲击载荷作用下的变形规律与吸能特性进行了数值仿真分析,并根据数值模拟结果进行了多目标优化。在薄壁方管的每个侧面上开六个长方形孔,通过改变长方形孔的长度和宽度来研究开孔薄壁方管的耐撞性。结果表明:在研究的范围内,除开孔尺寸为20mm×5mm的薄壁方管外,其余开孔薄壁方管的破坏模式为外延式破坏模式,其变形过程为动态渐进屈曲;当开孔长度增大时,开孔薄壁方管初始峰值力减小;当开孔长度和宽度同时增大时,开孔薄壁方管平均载荷均减小;开孔面积越大,管吸收的能量和比吸能越小;开孔长度不变时,随着宽度的增大压缩力效率降低,当宽度不变时,随着长度的增大压缩力效率增大。基于开孔方管的数值模拟结果构造了响应面模型并对其进行了多目标优化,给出了Pareto前沿图,可根据各目标的偏好确定方管的开孔尺寸。     

轴向运动梁非线性振动内共振研究

采用多元L-P方法分析轴向运动梁横向非线性振动的内共振，首先根据哈密顿原理建立轴向运动梁的横向振动微分方程，然后利用Galerkin方法分离时间和空间变量，再采用多元L-P方法进行求解，推导了内共振条件下频率-振幅方程的求根判别式，理论分析发现内共振与强迫力的振幅有关，而且可以从理论上决定这一界乎不同内共振的强迫力振幅的临界值，典型算例获得了轴向运动梁横向非线性振动内共振复杂的频率一振幅响应曲线，揭示了很多复杂而有趣的非线性振动特有的现象，多元L-P方法的数值结果，在小振幅时与IHB法的结果一致。     

Evolution of flow structure in impinging three-dimensional axial and radial jets

Direct numerical simulations of the flow field of an element of banks of impinging axial and radial slot jets for different Reynolds number are presented. Simulations have been obtained from the solution of the Navier–Stokes equations. Results show for the chosen geometry a transition from steady to periodic to chaotic flow with increasing Reynolds number. The transition Reynolds number is nearly 50% smaller for the radial jet than for the axial jet. Period doubling has been observed for both cases, but only the radial jet shows periodic windows of chaos. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

Numerical simulation of the flow field in a thermal plasma reactor

A numerical simulation is presented for a thermal plasma reactor with particle-trajectory model in this paper.Turbulance is considered by using simple SGS model.Thegoverning equations are solved by means of the algorithm of SIMPLER.The calculatedresults give the velocity and the temperature fields within plasma reactor,and thetrajectories of the injected particles.     

运动物体与运动激波干扰流场特性数值研究

用数值方法求解非定常可压缩Navier—Stokes方程，模拟了运动物体分别以超声速和亚声速穿越激波的全过程。在这两种情况下，激波都是从高压区运动到低压区，阻力急剧地减小，但在亚声速情况下，会在物体上产生不对称力和力矩，导致运动物体的不稳定。     

大型直线振动筛动态仿真的研究

本文对我国首次设计的27m^2大型直线振动筛进行了动态仿真,探索了大型筛分机械动态仿真理论方法和试验技术,改进了大型筛体的设计,为我国生产大型振动筛探索了可行之路。     

Numerical simulation of the flow field in the vicinity of an axial flow fan

The main purpose of the current investigation is the development and evaluation of a numerical model used to simulate the effect of an axial flow fan on the velocity field in the vicinity of the fan blades. The axial flow fan is modeled as an actuator disc, where the actuator disc forces are calculated using blade element theory. The calculated disc forces are expressed as sources/sinks of momentum in the Navier–Stokes equations solved by a commercially available computational fluid dynamic (CFD) code, Flo⁺⁺. The model is used to determine the fan performance characteristics of an axial flow fan as well as the velocity fields directly up‐ and downstream of the fan blades. The results are compared with experimental data. In general, good agreement is obtained between the numerical results and experimental data, although the fan power consumption, as well as radial velocity downstream of the fan blades, is underpredicted by the fan model. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Unsteady flow calculation in a radial flow centrifugal pump with spiral casing

The prediction of the two-dimensional unsteady flow established in a radial flow centrifugal pump is considered. Assuming the fluid incompressible and inviscid, the velocity field is represented by means of source and vorticity surface distributions as well as a set of point vortices. Using this representation, a grid-free (Lagrangian) numerical method is derived based on the coupling of the boundary element and vortex particle methods. In this context the source and vorticity surface distributions are determined through the non-entry boundary condition together with the unsteady Kutta condition. In order to satisfy Kelvin's theorem, vorticity is shed at the trailing edges of the impeller blades. Then the vortex particle method is used to approximate the convection of the free vorticity distribution. Results are given for a pump configuration experimentally tested by Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM). Comparisons between predictions and experimental data show the capability of the proposed method to reproduce the main features of the flow considered.     

Numerical analysis of fluid flow and added mass induced by vibration of structure

IntroductionInmanycases ,theeffectofasurroundingfluidonstructuralvibrationscannotbeneglected .Forexample ,analyzingthefreevibrationsofshipsmustcalculatetheaddedmassofthesurroundingwater[1].Mostspacecraftcomponentsarelow_density ,low_stiffnessandwithwide_openedareas,sotheeffectofsurroundingairisobviousandcannotbeneglectedinthenumericalsimulationoftheirmodaltestonground[2 ].Sinceairflowinducedbythestructuralvibrationswithlowfundamentalfrequencyandsmallamplitudemotion (Forexample ,thefundamental…     

混凝土输送泵车臂架系统流固耦合振动分析

针对混凝土泵车的工作原理和结构特点,结合现有输送管流固耦合理论的研究成果,提出了基础有平动位移的悬臂输送管理论模型,并通过多体运动学理论和Hamilton变分原理,建立该模型的运动微分方程.采用有限单元理论建立混凝土泵车臂架系统的流固耦合运动微分方程.选取混凝土流速U=2.265m/s和不考虑混凝土流动进行对比仿真分析后发现:两者臂架振动响应均值相同;但稳态时两者振动幅值比值最大,接近2;而改变Rayleigh阻尼系数则对臂架振动响应影响不大,这说明混凝土的流动增加臂架振动阻尼效应显著.结合Matlab仿真分析与Ansys三维有限元模型,模拟计算出了臂架结构动应力,对比测点应力测试结果与模拟计算结果,两者应力历程变化趋势相似,应力值较接近,最大差异小于20MPa,验证了仿真模型的合理性.     

轴流泵参数化设计及应力与模态特征分析

以船用轴流式喷水推进泵为对象,探索了轴流泵参数化设计、水动力性能、静强度和结构声学特征分析的数值途径。轴流泵叶轮采用升力法设计,导叶采用流线法设计,叶片三维造型在NUMECA参数化设计平台中完成。轴流泵水动力性能校核由粘性CFD计算完成,CFD计算同时提取得到叶片分布式水动力载荷。叶片静强度校核由ANSYS有限元计算叶片应力和应变特征完成,应力分析时同时考虑水动力载荷、重力载荷和离心力载荷。叶片结构声学特征分析由NASTRAN有限元计算叶片模态振型和振型频率完成。计算结果表明,轴流泵扬程和功率满足设计指标,效率达87.13%;叶轮叶片形变相对于叶顶间隙来说为极小量,可忽略不计,叶片存在局部应力集中现象,最大应力小于许用应力,满足静强度要求;叶片前四阶振型特征与分析经验一致,且振型频率远离轴频、叶频及其谐频特征频率,能够避免共振产生。     

An improved large eddy simulation of two-phase flows in a pump impeller

An improved large eddy simulation using a dynamic second-order sub-grid-scale (SGS) stress model has been developed to model the governing equations of dense turbulent particle-liquid two-phase flows in a rotating coordinate system, and continuity is conserved by a mass-weighted method to solve the filtered governing equations. In the current second-order SGS model, the SGS stress is a function of both the resolved strain-rate and rotation-rate tensors, and the model parameters are obtained from the dimensional consistency and the invariants of the strain-rate and the rotation-rate tensors. In the numerical calculation, the finite volume method is used to discretize the governing equations with a staggered grid system. The SIMPLEC algorithm is applied for the solution of the discretized governing equations. Body-fitted coordinates are used to simulate the two-phase flows in complex geometries. Finally the second-order dynamic SGS model is successfully applied to simulate the dense turbulent particle-liquid two-phase flows in a centrifugal impeller. The predicted pressure and velocity distributions are in good agreement with experimental results. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (50779069 and 90510007), the Start-up Scientific Research Foundation of China Agricultural University (2006021) and the Beijing Natural Science Foundation (3071002).