對旋式通風(fēng)機(jī)葉片氣固耦合動力學(xué)特性數(shù)值研究.pdf

1、礦用大型軸流式通風(fēng)機(jī)葉片的氣動力學(xué)性能直接關(guān)系到通風(fēng)機(jī)的正常工作和井下生產(chǎn)人員的安全性。風(fēng)機(jī)葉片作為彈性結(jié)構(gòu)體，進(jìn)行氣固耦合研究時，需要同時考慮葉片旋轉(zhuǎn)時氣流流動引起的變形和振動，以及彈性變形對葉片周圍流場的影響，流場的變化又將作用在葉片上，氣流與通風(fēng)機(jī)葉片的氣固耦合問題仍是當(dāng)前葉輪機(jī)械領(lǐng)域的一個難點(diǎn)。本文以一臺礦用對旋式通風(fēng)機(jī)為研究對象，采用雙向耦合的數(shù)值模擬方法，研究葉片的氣-固耦合動力學(xué)特性。
　　由于流固耦合的計(jì)算工作量比

2、單場計(jì)算大得多，為了節(jié)約計(jì)算機(jī)資源，同時獲得更為精細(xì)的數(shù)值模擬結(jié)果，本文充分利用了軸流風(fēng)機(jī)葉輪流道內(nèi)的流動對稱性好的特點(diǎn)，采用了單流道幾何模型和周期性邊界條件，即只取包圍單個葉片的局部區(qū)域作為計(jì)算域?；贑FD和CSD耦合算法，建立葉片氣-固耦合系統(tǒng)的動態(tài)特性方程。在氣體計(jì)算域采用有限體積法，求解三維非定常流場的Navier-Stokes方程;而在固體（葉片）計(jì)算域則通過求解三維結(jié)構(gòu)控制方程，對固體域進(jìn)行有限元分析。針對風(fēng)機(jī)葉片外形復(fù)雜

3、（空間扭曲結(jié)構(gòu)）的特點(diǎn)，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對固體域和流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并采用動網(wǎng)格技術(shù)處理流體域與固體域之間的動-靜耦合。耦合計(jì)算時，將氣流與葉片相接觸的面設(shè)置為Interface，計(jì)算過程中通過Interface面進(jìn)行流場和結(jié)構(gòu)場數(shù)據(jù)的傳遞和交換。選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，將氣體作為粘性不可壓縮流體來處理，得到葉片在靜止?fàn)顟B(tài)和考慮旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力時的前六階模態(tài)，對比模態(tài)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)效應(yīng)和流場壓力對葉片的模態(tài)具有一定的影響。應(yīng)用弱耦合方法