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北京地铁轴流风机内流场及叶片气动弹性的数值模拟研究
| 论文题名： | 北京地铁轴流风机内流场及叶片气动弹性的数值模拟研究 |
| 关键词： | 轴流风机;流固耦合;数值模拟;湍流模型;地下铁道;气动弹性 |
| 摘要： | 地下铁道(简称地铁)作为城市轨道交通的一种，具有运营速度高、运输能力较大、运营费用低、较高的安全性和舒适性等特点而得到各国的重视和发展。轴流风机是地铁车站和隧道区间内主要的通风设备，其流量、压力和效率备受人们关注，它的安全和低成本运行成为一个重要的课题。在风机这类大型旋转机械中，叶片的稳定性问题是十分重要的研究课题。工作气体的非定常流动对叶片将施加一个非定常作用力，使叶片产生振动，而振动着的叶片反过来又作用于流场，使流场的非定常程度发生变化。因此，气固耦合振动是这类问题的特色，也给研究这类问题带来相当大的难度。叶轮机械的气动弹性问题是流固耦合的一个重要分支，对其进行气动弹性分析是非常必要的。 本文选取北京地铁通风系统专用18＃轴流通风机为研究对象，结合实验与实测数据，通过数值模拟的方法研究北京地铁风机内流场的流动规律及叶片的气动弹性问题。通过实验测得了风机叶片的材料属性，通过现场实测获得了风机各种工况下的运行参数。结合实验和实测数据，利用计算流体力学软件CFX，采用标准κ-ε湍流模型，对北京地铁风机进行了全通道模拟，在验证了数值模拟的准确前提下，分析了风机内流场的运动规律。详细分析了弱耦合分区法求解流固耦合问题的流程。利用流体动力学软件CFX和结构动力学软件ANSYS，基于MFX耦合平台，采用分区弱耦合方法，对风机叶片进行气动弹性的数值模拟，分析了叶片的气动力、叶片的耦合振动特性。讨论了标准风量下风机运行时叶片的安全性。 本文对复杂模型的CFD模拟和流固耦合模拟进行了有益的探讨，希望能够对相似类型的数值模拟问题提供借鉴。 |
| 作者： | 杨立国 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 毛军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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