检索结果-南通市图书馆

作者：吴宇飞大连理工大学

学位级别：硕士

离心式压缩机叶轮是将机械能传给气体,以提高气体能量的唯一元件。其运行时和气体的相互作用是一个典型的流固耦合问题。要对叶轮进行准确的力学分析,必须考虑气动载荷的影响。然而用数值方法对叶轮进行流固耦合分析,流体域划分的网格... 详细信息

离心式压缩机叶轮是将机械能传给气体,以提高气体能量的唯一元件。其运行时和气体的相互作用是一个典型的流固耦合问题。要对叶轮进行准确的力学分析,必须考虑气动载荷的影响。然而用数值方法对叶轮进行流固耦合分析,流体域划分的网格密度往往远大于固体域,导致耦合界面上网格不匹配的情况。在这样的网格间并不能直接传递各个场的数据,需要引入耦合算法实现数据传递。近些年来,对于耦合方法的研究已经比较系统,提出了许多种耦合算法。本文将最邻近点插值法(NN)、快速映射法(FPA)和径向基函数(RBF)插值算法等三种方法引入到叶轮的流固耦合分析中,分别根据其基本原理推导出耦合矩阵。推导过程显示,最邻近点插值法原理简单,而径向基函数数学概念清晰,两者都十分有利于编程计算。在MATLAB平台上,编制了对应的耦合计算程序。此外,有限元分析软件ANSYS中含有基于快速映射法的内部函数,利用此函数,论文通过ANSYS-APDL脚本语言编制了快速映射法的插值计算程序。为了验证上述三种算法的精确度,分别构造了具有解析解的二维和三维插值算例,用MATLAB和ANSYS-APDL对其进行求解,并将结果与解析解进行比较。对比证明,三种方法中,RBF插值法的计算结果最精确,其与解析解的相对误差大多分布在10-3～10-5之内,精度上完全满足工程应用的需求。需要注意的是,目前对不匹配网格耦合算法的研究大多只基于简单的算例,很少有人将算法应用到复杂模型的流固耦合分析中。而大型耦合模型往往存在耦合面复杂,节点数据众多,计算量极大等问题。如何在保证精度的前提下又能提高计算效率,一直是工程应用中急需解决的问题。本文以某大型离心式压缩机闭式叶轮的单向松耦合分析为实例,新增前、后处理模块完善了编制的计算程序,并且对于叶轮耦合界面求解量巨大的问题,找到了一种简便、精确又能极大提高计算效率的处理方法,很好的完成了数据传递。这一整套数据耦合方法适用范围广,可灵活运用于大型流固耦合甚至任意场的耦合分析中。本文受国家重点基础研究发展计划项目(2011CB706504)和沈阳鼓风机集团有限公司资助。

关键词：叶轮流固耦合不匹配网格数据传递插值方法计算效率

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径向基函数插值在叶轮流固耦合分析中的应用

引用

风机技术 2012年第3期54卷 34-39页

作者：吴宇飞王跃方孙兴华大连理工大学工程力学系辽宁大连116023 沈鼓-大工研究院

使用数值方法对叶轮进行流固耦合分析时,流体域划分的网格密度往往远大于固体域,这就导致了耦合界面上网格不匹配的情况。用径向基函数(RBF)插值法解决流固耦合不匹配界面的信息传递问题,根据离心式压缩机叶轮的工程实际编制了相应的计... 详细信息

使用数值方法对叶轮进行流固耦合分析时,流体域划分的网格密度往往远大于固体域,这就导致了耦合界面上网格不匹配的情况。用径向基函数(RBF)插值法解决流固耦合不匹配界面的信息传递问题,根据离心式压缩机叶轮的工程实际编制了相应的计算程序,将程序得到的计算结果与大型通用软件ANSYS-WORK BENCH的插值结果进行了对比。算例表明,RBF插值算法结果精确,自主性较强。此外,编制的计算程序适用范围大,可灵活运用于大型耦合分析中。

关键词：叶轮流固耦合不匹配网格径向基函数

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