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篇1：采场变形破坏的三维固流耦合模拟实验研究
采场变形破坏的三维固流耦合模拟实验研究
介绍了大型三维固流耦合模拟试验台(3 m×2 m×2 m)、相应的辅助设备及其功能,并对太原市东山煤矿承压水上采煤进行了模拟研究,通过实验过程中采集到的大量数据、拍摄的照片、微型监测仪的录象,分析了开采过程中采场顶底板的变形及其破坏过程、应力及其水位的变化规律、断层对矿井突水的'影响等.为进一步实施矿井突水实时监测预报提供必要的理论依据,为控制采场及采场内水、瓦斯的流动、扩散提供切实可行的理论依据与实施方法.
作 者：胡耀青 赵阳升 杨栋 HU Yao-qing ZHAO Yang-sheng YANG Dong 作者单位：太原理工大学,采矿工艺研究所,山西,太原,030024 刊 名：辽宁工程技术大学学报（自然科学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF LIAONING TECHNICAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 26(4) 分类号：O359 TD313 关键词：固流耦合 模拟研究 突水 监测预报篇2：三维固流耦合相似模拟理论与方法
三维固流耦合相似模拟理论与方法
从固流耦合的理论出发,通过建立的三维固流耦合数学模型,运用相似理论推导了三维固流耦合作用下的'相似模拟准则.并通过大量相似材料配制试件的力学与渗透特性的实验,主要是其强度、渗透性、隔水性等,得出了几种典型的隔水层与含水层的相似材料配比,为今后真实再现工程实际中的固流耦合问题的研究提供模拟的理论依据及材料配比,同时介绍了作者单位研制的大型三维固流耦合相似模拟实验设备及其测试系统.
作 者：胡耀青 赵阳升 杨栋 HU Yao-qing ZHAO Yang-sheng YANG Dong 作者单位：太原理工大学,采矿工艺研究所,山西,太原,030024 刊 名：辽宁工程技术大学学报（自然科学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF LIAONING TECHNICAL UNIVERSITY 年，卷(期)：2007 26(2) 分类号：O359 关键词：固流耦合 相似模拟 模拟准则 相似材料篇3：高空飞艇的流固耦合数值研究
高空飞艇的流固耦合数值研究
发展了一套用于研究高空飞艇在来流作用下的流固耦合数值方法.利用经过验证的自编制的有限元程序来求解飞艇的非线性大变形,利用商业软件FLUENT求解飞艇的外流场,通过非动态交替的方法实现飞艇的流固耦合计算.结果表明:飞艇的柔性变形改变了飞艇周围的`流场结构,飞艇表面气动载荷分布发生了较大的改变;由于飞艇表面气动载荷的作用,导致了囊体内外压差的变化,进而导致囊体内的应力随之发生了较大的变化.
作 者：唐逊 赵攀峰 秦朝中 作者单位：唐逊,赵攀峰(中国电子科技集团公司第三十八研究所)秦朝中(中国科学技术大学力学和机械工程系)
刊 名：航空科学技术 英文刊名：AERONAUTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(4) 分类号：V2 关键词：流固耦合 有限元 FLUENT 气动载荷 应力篇4：混流式水轮机转轮流场单向双向流固耦合数值的分析比较研究论文
混流式水轮机转轮流场单向双向流固耦合数值的分析比较研究论文
由于流固耦合问题考虑到流体和结构之间存在的相互作用的特性，既涉及流体域求解又涉及固体域求解，使得计算结果更接近物理现象本身的规律，近年来在水轮机虚拟设计、仿真及振动特性分析中应用得越来越广泛和深入。目前，流固耦合的求解问题有顺序单向耦合(后文均用单向耦合表述)和迭代双向耦合(后文均用双向耦合表述)。梁权伟等运用单向耦合的方法进行了三维旋转流动所产生的水压力作用下转轮体的静强度特性分析及转轮在水介质中的模态分析，陈香林等计算并分析了应力刚化及流体压缩性对混流式水轮机叶片动力特性的影响，张双全、李海亮等运用ANSYS-CFX软件进行了转轮应力、位移等力学特性计算和分析。由于单向耦合只考虑流体压力对于结构场的影响，不考虑结构场对流场的影响，计算结果在原理上存在误差。
近几年，随着流固耦合技术和计算机软、硬件技术的发展，双向流固耦合算法研究及应用逐渐引起学者的重视。在水力机械双向流固耦合计算方面，目前可查文献还较少，张立翔等利用广义变分原理进行了水轮机叶片双向流固耦合模态分析，计算的模态频率与试验测试值基本吻合，H Schmucker等借助AN?SYS-CFX软件计算了低水头水轮机转轮叶片单向耦合和双向耦合问题，发现转轮刚度对计算结果的一致性影响很大，肖若富等通过对流体方程和结构方程的双向迭代分析了水轮机转轮在双向耦合下的应力特性，得出转轮变形量大小是单、双向耦合计算结果差别的重要因素的结论。
本研究结合某小型水电站水轮机建立精确的蜗壳、转轮、尾水管流道模型，进行低水头低转速和高水头高转速两种工况下单、双向流固耦合计算对比，并对计算结果进行分析。
1 流固耦合理论
通常流体流动的守恒定律包括质量守恒、动量守恒、能量守恒，对于一般不考虑能量传递的水轮机内部水流运动可以用如下质量守恒方程和动量守恒方程来描述。
2 计算模型
本研究结合某小型水电站型号为HL360A-LJ100的混流式水轮机建立了精确的`水轮机蜗壳、叶轮和尾水管三维模型，将模型导入ANSYS-CFX软件，所生成的全流道流体模型及转轮模型。
在水轮机数值模拟中，转轮及其所在的流体域是分析的重点。转轮材料为合金钢0Gr3Ni5Mo，密度7 850 kg/m3，弹性模量210 MPa，泊松比0.3，转轮直径1 000 mm，叶片数13。由于流体域和结构域形状都异常不规则，该计算中采用自适应网格划分，单元尺寸通过设置relevance值进行控制(该方法可根据物理场的特性及relevance值自动控制网格大小)，为保证计算精度，该计算中将relevance值设为最大值100。
3 边界条件和计算工况
流体域为由蜗壳、转轮、尾水管包围的全流道，流场入口压力设定为由水头产生的静水压力，流场出口设定为开放式出口，出口压力为一个标准大气压，转轮所在流体域与转轮结构体接触部分定义为流固耦合边界。转轮是水轮机中最为关键的旋转过流部件，可指定其所在水体的旋转速度。在结构分析中，本研究根据转轮在运行时的受力特点，在转轮上冠与发电机主轴连接处施加沿着转轮轴向的位移约束以及绕轴旋转的力矩约束，力矩方向与转轮旋转方向相反。
4 计算过程及结果分析
4.1 计算过程
为了比较两种耦合算法计算结果的区别，本研究分别采用单向耦合法、双向耦合法对转轮进行应力计算。
本研究首先在模块C中对水轮机流场进行全流道CFD分析，计算得到叶片表面的水压力分布;然后通过流固耦合边界把水压力分布传递给转轮，在模块D中进行转轮应力计算。
4.2 结果分析
对比表3、表4可得出如下结论：
(1)流体域和结构域的耦合作用越强，则采用单向耦合得到的计算值偏差也越大。如前所述，由于顺序单向耦合不考虑固体对流体的作用，相当于令双向流固耦合离散式(5)中的Afs=0 ，在原理上存在计算偏差，流固耦合越强，则计算偏差越大。工况1(相对弱耦合)下流体域最大绝对压力、静态坐标系中的最大速度和结构域转轮上的最大正应力、最大弹性应变、最大总位移的偏差值分别为 6.78%、6.29%、2.39%、2.13%、0.69%;工况2(相对强耦合)下上述5个物理量对 应 的 偏 差 值 分 别 为 14.22% 、9.98% 、35.02% 、35.00%、32.30%，工况2下5个物理量的相对偏差全面大于工况1的单向偏差。
(2)无论是流体域还是结构域中，5个物理量的单向耦合最大值均小于相应工况下双向耦合最大值。
5 结束语
为了比较水轮机转轮单向流固耦合和双向流固耦合两种算法计算结果的区别，本研究以浙江省境内某小型水电站混流式水轮机为对象，采用UG三维造型软件建立了构成水轮机流道的3个基础部件-蜗壳、转轮、尾水管的精确三维模型。将该三维模型导入ANSYS-CFX软件，生成对应的流体域及结构域计算模型，在该模型的基础上计算了低水头、低转速工况和高水头、高转速工况下的单向、双向流固耦合问题。最后对比了两种工况单向、双向耦合时转轮表面流体域上的最大压力、最大速度及转轮结构域上的最大应力、最大应变、最大总位移等关键计算值，并结合双向流固耦合离散方程简要分析的基础上得出如下结论：
(1)由于单向耦合不考虑结构域变形对流体域的影响，在原理上存在计算偏差，通过将本研究两种工况下的单向流固耦合计算结果对比显示，单向耦合作用越强，计算偏差越大;
(2)笔者对同一流场和结构场(网格划分、初始条件、边界条件均相同)构成的流固问题分别做单向、双向耦合方法做计算时，无论是流体域还是结构域的计算值，相同节点的单向耦合计算值均小于理论上更为精确的双向耦合计算值。
上述结论对水轮机流道设计、转轮及叶片设计、转轮应力特性计算均具有参考意义。
篇5：赵固一矿首采面覆岩破坏高度研究
赵固一矿首采面覆岩破坏高度研究
以赵固一矿首采面二1煤顶板作为研究对象,分别应用公式法和岩石破裂过程分析系统 (F-RFPA2D) 确定在分层开采条件下首采面敷岩破坏的高度.并结合顶板破裂的模拟演化过程,为以后留设防水煤柱提供有效的技术参数.
作 者：樊娟 汪玉松 许芳 刘英峰 FAN Juan WANG Yu-song XU Fang LIU Ying-feng 作者单位：樊娟,FAN Juan(中国地质大学环境学院,湖北,武汉,430074;煤炭科学研究总院西安研究院水文所,陕西,西安,710054)汪玉松,许芳,WANG Yu-song,XU Fang(中国地质大学环境学院,湖北,武汉,430074)
刘英峰,LIU Ying-feng(煤炭科学研究总院西安研究院水文所,陕西,西安,710054)
刊 名：地下水 英文刊名：GROUND WATER 年，卷(期)： 31(3) 分类号：P624 关键词：顶板破坏 数值模拟篇6：转子密封系统流体激振问题的流固耦合数值研究
转子密封系统流体激振问题的流固耦合数值研究
随着叶轮机械的工作转速越来越高,工程中发生了大量的密封流体激振问题.实验证明,高转速下的流体激振属于自激振动,但采用传统的刚度阻尼线形假设无法模拟出这一物理现象.本文发展了一种高精度的.流固耦合计算方法,用这种算法成功地模拟出转子密封系统在高转速下的自激振动,且捕捉到频率锁定的现象,而且发现随着转速的提高,固有频率也增大.另外,本文还得到了压比、预旋度对密封转子自激振动的影响规律.
作 者：金琰 袁新 作者单位：清华大学热能工程系,北京,100084 刊 名：工程热物理学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICS 年，卷(期)： 24(3) 分类号：O35 关键词：转子密封系统 Navier-Stokes方程 流固耦合 流体激振篇7：应用流固耦合数值方法研究机翼的射流减振技术
应用流固耦合数值方法研究机翼的射流减振技术
采用流固耦合的数值计算方法研究了NACA 0015翼型在大迎角(15°～60°)范围的颤振,以及在翼型背部部分引入射流的.减振技术.在流体区域用高精度、高分辨率算法求解Farve平均的Navier-Stokes方程,在固体区域用四阶Runge-Kutta法求解振动方程,并且每一个时间步后都在两个区域之间传递边界条件.计算结果表明在翼型背部引入适当射流会降低翼型的振动,并提高升力.但如果引入射流的速度过高,会在叶背处形成新的分离流,升力反而会下降.
作 者：金琰 袁新 作者单位：清华大学热能工程系,北京,100084 刊 名：空气动力学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERODYNAMICA SINICA 年，卷(期)：2002 20(3) 分类号：V211.3 关键词：NACA 0015 翼型 流固耦合 气动弹性 颤振 射流 分离流★ 传感器论文
★ 机械安装开题报告
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