收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

对旋轴流风机流固耦合特性研究及其基于非线性动力学的应用

周忠宁  
【摘要】: 叶轮机械的各种故障,如喘振、失速、叶片断裂等,与叶轮机械内各种流固耦合现象尤其是流体和叶轮叶片耦合有着直接的关系。因此对于叶轮机械内的非定常流场和叶片动力特性研究是流固耦合问题最重要的研究课题,对指导相关设备的设计和运行具有重要的意义。 本文从实验研究、数值分析两个方面着手,以矿用对旋轴流风机为例全面分析了基于流固耦合考虑的三维流场特性与叶片动力特性,有针对性的给出了改善流场流动状况及叶片振动的方法。并在此基础上,根据对旋风机的流固耦合特性,进行了基于非线性理论的叶片振动非接触测量方法可行性研究、风机运行状态预测及故障判别等研究。 本文首先通过流场试验与基于单传感器的叶片振动非接触测试试验获得了气体压力脉动信号、叶片振动信号,通过这些信号的频谱分析,揭示了对旋风机存在流场与叶片的耦合现象。 其次进行了采用动力LES模型的风机全通道三维非定常流固耦合数值模拟。 通过流场的实验与数值研究,得出了对旋风机耦合流场的一些非定常特征:前级转子的尾迹干扰及后级转子的势作用干扰;信号频率滑差;叶顶处压力脉动比叶跟、叶中的强烈;利用希尔伯特—黄变换对低频区域的压力脉动进行分析,发现了旋转失速、气流激振、喘振等非定常气动因素。数值模拟中揭示了叶片前缘二次流、叶片尾涡、通道涡、绕流、叶顶间隙流及间隙涡等流场固有非定常现象。针对试验与数值发现的流场叶顶区域流动复杂性,设计了叶片分离器改善叶顶部位的非定常流动,发现其对抑制对旋风机的波谷有一定作用。 通过数值模拟得到了叶片表面压力分布及变形、应力等动力特性:叶片表面产生了较大的压力梯度,压力面的叶片前缘正压区域向叶片中部和后缘移动;叶片最大应力集中在根部且偏向叶片前缘,叶片根部应力受到流体质量和流动状态的双重影响;叶片的变形量变化与叶片应力变化趋势一致,随着流量的减少,变形位置由叶片顶端前缘向中部和后缘移动。为获得二级叶片更多的动力特性信息,本文首次同时将耦合流场与旋转预应力因素考虑到叶轮机械叶片的动力特性分析中。发现模态频率约10Hz的上升,模态振型发生了最大位移位置点转移、振动方向改变的状况;在叶片瞬态动力学分析中发现叶片的根部应力在较大的范围内波动。针对叶片动力特性的试验及数值模拟结果,提出了基于模态试验的叶片结构动力修改的方法,但这种方法的实际可操作性较差,同时指出在叶片设计过程中对风机叶片模态频率采用有限元分析,以避开叶片通过频率是改善叶片振动切实可行的方法。 最后将级间流场的脉动时间序列信号首先进行了小波降噪处理,对叶片振动信号和降噪后的脉动信号进行相空间重构,获得了关联维、近似熵、L—Z复杂度的量化数据。发现叶片振动信号与气流脉动信号量化数据在不同工况下整体结构变化的趋势是一致的。根据对旋风机的流固耦合特性,提出了利用气动信号对风机叶片进行非接触测量与监测,并验证了这种方法的可行性;发现关联维数对失速信号是敏感的,可以用作判断风机旋转失速的特征量。同时根据量化数据与特征参数计算的结果与支持向量机结合建立了风机流场非线性系统的预测模型,进行了支持向量机的风机状态预测与诊断研究。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张立翔,黄文虎,A.S.Tijsseling;水锤诱发弱约束管道流固耦合振动频谱分析[J];工程力学;2000年01期
2 张立翔,黄文虎,A S TIJSSELING;输流管道流固耦合振动研究进展[J];水动力学研究与进展A辑;2000年03期
3 王超,李红云,刘正兴;流固耦合系统动力响应分析的精细时程积分法[J];上海交通大学学报;2002年03期
4 裴智勇,吴卫国,翁长俭;高速船舱壁加筋板流固耦合振动分析[J];工程力学;2003年02期
5 杨柯,张立翔,王冰笛;充液管道流固耦合轴向振动的对称模型[J];水动力学研究与进展A辑;2005年01期
6 杨柯;;充液管道流固耦合对称方程的振型分解法[J];温州大学学报(自然科学版);2007年01期
7 王建;金志浩;;输流管道流固耦合非线性动力学分析[J];沈阳化工学院学报;2007年04期
8 卢耘耘,王秀喜;关于Morison方程中耦合项的研究[J];中国科学技术大学学报;1987年03期
9 李培超,孔祥言,卢德唐;饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型[J];水动力学研究与进展A辑;2003年04期
10 郭永刚,赵晓飞,石革清;考虑流—固耦合影响的挡水结构自振特性[J];世界地震工程;2004年03期
11 韩向科;钱若军;;流体力学基本理论研究综述[J];空间结构;2008年03期
12 施晓丽;;渡槽减隔震设计研究综述[J];科技信息;2011年08期
13 王琪,黄克累,陆启韶;树形多体系统非线性动力学的数值分析方法[J];固体力学学报;1999年04期
14 何伟,张若京,侯瑞鸿,陈昌麒;方形管管阵流固耦合方程中独立参数D的数值解[J];力学季刊;2000年02期
15 ;“大型旋转机械非线性动力学问题”中期研究工作取得重要进展[J];中国科学基金;2001年04期
16 王海燕,盛昭瀚,刘乃丰,邱海波,周韶霞;危重病人生命体征信号分析及处理方法[J];国外医学.生物医学工程分册;2001年03期
17 张立翔,杨柯,黄文虎;FSI效应对管道水击运动特性的影响分析[J];水电能源科学;2001年04期
18 薛强,梁冰,刘晓丽,李宏艳;污染物在非饱和带内运移的流固耦合数学模型及其渐近解[J];应用数学和力学;2003年12期
19 胡坤;王洪滨;王仲勋;;基于FEPG的煤层气流固耦合渗流规律[J];中国科技信息;2006年02期
20 吴富强;鲜学福;;深部储层勘探、研究现状及对策[J];沉积与特提斯地质;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 闫民;尹建业;孙宝平;方俊;;颗粒流体力学方法(GHM)介绍[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 王士召;何国威;张星;;柔性体涡诱导振荡的流固耦合模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 杨金福;陈策;韩东江;;高速旋转机械轴系耦合调频技术的研究[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
4 刘习军;王大钧;陈予恕;;奇异的高阶自激振动现象分析[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
5 孙琪;徐鉴;;浅谈非线性动力学的发展史[A];第三届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2007年
6 张小军;李晓阳;张松;;脉搏波在动脉内传播的非线性动力学模型[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 王建省;王晓纯;;热流作用的多孔介质突变面梯度分布模型[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2000年
8 何凡;李晓阳;;动脉壁增厚对脉搏波传播影响的数值研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 于广滨;温建民;李瑰贤;曹雪;;求解齿轮系统动力学微分方程的GEAR法[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
10 陶瑜华;黄佑;邹涛;;某型飞机液压系统流固耦合仿真与脉动应力分析[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周忠宁;对旋轴流风机流固耦合特性研究及其基于非线性动力学的应用[D];中国矿业大学;2009年
2 孙士丽;具有自由液面效应的高频流固耦合问题[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 李勇;考虑流固耦合效应的整体压裂数值模拟研究[D];西南石油学院;2004年
4 王文全;薄壁结构流固耦合数值模拟及计算方法研究[D];昆明理工大学;2008年
5 王韬;内燃机配气系统的非线性动力学研究[D];天津大学;2004年
6 王忠;坝库相互作用及抗震技术研究[D];四川大学;2001年
7 孙保苍;轴承—转子系统非线性动力学若干问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
8 金琰;叶轮机械中若干气流激振问题的流固耦合数值研究[D];清华大学;2002年
9 游荣义;脑电信号非线性分析方法的研究[D];厦门大学;2003年
10 周志军;低渗透储层流固耦合渗流理论及应用研究[D];大庆石油学院;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈钢;高速弹丸冲击下油箱动态响应的数值模拟[D];西北工业大学;2005年
2 吉小艳;弧形钢闸门主框架动力稳定性的研究[D];西北农林科技大学;2004年
3 吴忆峰;基于传声损失的双层隔声窗结构参数的优化设计与分析[D];汕头大学;2005年
4 党小建;水轮机导叶流固耦合振动特性计算[D];西安理工大学;2004年
5 王立刚;机床切削颤振的非线性振动研究[D];天津大学;2004年
6 王波;撬装式自动混浆系统研究[D];西南石油学院;2004年
7 陆春华;液饱和多孔介质动力响应的弹塑性有限元分析[D];重庆大学;2004年
8 曹明;流固耦合下压力管道动态断裂数值分析[D];浙江大学;2006年
9 钱鋆;水声信号的非线性动力学检测[D];东南大学;2006年
10 王永权;液力偶合器叶轮与流体的流固耦合模拟与分析[D];吉林大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 陈建强 通讯员 孙卫军;大型旋转机械非线性动力学研究成果丰硕[N];光明日报;2003年
2 本报记者 刘垠;会员日里讲述别样精彩人生[N];大众科技报;2009年
3 张学晋 杨文;老教授4000余册图书赠家乡[N];山西日报;2009年
4 记者佘志娟;7家中小企业获国家科技创新基金支持[N];邯郸日报;2009年
5 郝丽;根治机械振动失稳顽疾[N];科技日报;2009年
6 ;MSC:解决多学科设计难题[N];中国计算机报;2010年
7 李彩香;探索凝固技术奥妙[N];中国航空报;2002年
8 记者 陈建强 通讯员 李丹 孙卫军;我科学家发现固体内存在“流动的液体”[N];光明日报;2001年
9 记者 常姗姗 通讯员 李丹 孙卫军;固体内存在“流动的液体”[N];科技日报;2001年
10 北京大学哲学系副教授 刘华杰;中国学派的标志性著作[N];中国教育报;2001年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978