對旋式通風機葉片氣固耦合動力學特性數(shù)值研究.pdf

1、礦用大型軸流式通風機葉片的氣動力學性能直接關系到通風機的正常工作和井下生產(chǎn)人員的安全性。風機葉片作為彈性結構體，進行氣固耦合研究時，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，氣流與通風機葉片的氣固耦合問題仍是當前葉輪機械領域的一個難點。本文以一臺礦用對旋式通風機為研究對象，采用雙向耦合的數(shù)值模擬方法，研究葉片的氣-固耦合動力學特性。
　　由于流固耦合的計算工作量比

2、單場計算大得多，為了節(jié)約計算機資源，同時獲得更為精細的數(shù)值模擬結果，本文充分利用了軸流風機葉輪流道內(nèi)的流動對稱性好的特點，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）計算域則通過求解三維結構控制方程，對固體域進行有限元分析。針對風機葉片外形復雜

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