北京地鐵軸流風(fēng)機內(nèi)流場及葉片氣動彈性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、地下鐵道(簡稱地鐵)作為城市軌道交通的一種，具有運營速度高、運輸能力較大、運營費用低、較高的安全性和舒適性等特點而得到各國的重視和發(fā)展。軸流風(fēng)機是地鐵車站和隧道區(qū)間內(nèi)主要的通風(fēng)設(shè)備，其流量、壓力和效率備受人們關(guān)注，它的安全和低成本運行成為一個重要的課題。在風(fēng)機這類大型旋轉(zhuǎn)機械中，葉片的穩(wěn)定性問題是十分重要的研究課題。工作氣體的非定常流動對葉片將施加一個非定常作用力，使葉片產(chǎn)生振動，而振動著的葉片反過來又作用于流場，使流場的非定常程度發(fā)生

2、變化。因此，氣固耦合振動是這類問題的特色，也給研究這類問題帶來相當(dāng)大的難度。葉輪機械的氣動彈性問題是流固耦合的一個重要分支，對其進行氣動彈性分析是非常必要的。 本文選取北京地鐵通風(fēng)系統(tǒng)專用18＃軸流通風(fēng)機為研究對象，結(jié)合實驗與實測數(shù)據(jù)，通過數(shù)值模擬的方法研究北京地鐵風(fēng)機內(nèi)流場的流動規(guī)律及葉片的氣動彈性問題。通過實驗測得了風(fēng)機葉片的材料屬性，通過現(xiàn)場實測獲得了風(fēng)機各種工況下的運行參數(shù)。結(jié)合實驗和實測數(shù)據(jù)，利用計算流體力學(xué)軟件CFX

3、，采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型，對北京地鐵風(fēng)機進行了全通道模擬，在驗證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確前提下，分析了風(fēng)機內(nèi)流場的運動規(guī)律。詳細(xì)分析了弱耦合分區(qū)法求解流固耦合問題的流程。利用流體動力學(xué)軟件CFX和結(jié)構(gòu)動力學(xué)軟件ANSYS，基于MFX耦合平臺，采用分區(qū)弱耦合方法，對風(fēng)機葉片進行氣動彈性的數(shù)值模擬，分析了葉片的氣動力、葉片的耦合振動特性。討論了標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量下風(fēng)機運行時葉片的安全性。 本文對復(fù)雜模型的CFD模擬和流固耦合模擬進行了有益的探討，希望