[发明专利]一种通风机叶片流固耦合模型

摘要

本发明公开了一种通风机叶片流固耦合数值分析方法，该方法的通过分别建立流体域、固体域的动力学模型和基本方程、边界条件以及湍流模型，将方程代入流固耦合模型流程图。在耦合边界上固体的振动引起流体的运动，而流体运动时的压力又反作用于固体，形成两者间的耦合作用，建立叶片流固耦合问题的双向耦合模型。本发明与已有的叶片流固耦合模型相比，更加趋近于实际，不单纯将流体的作用处理为阻尼作用，把流体域和固体域视为一个完整的工程问题。

主权项

1.一种通风机叶片流固耦合模型，其特征在于：该分析方法包含以下几个步骤，步骤1：建立固体域控制方程，通风机叶片的基本方程为两个自由度的振动方程，分为叶片的垂直运动变化量α和扭转运动的变化角度β，其无量纲的形式的简化方程如下：其中：S_β和I_β为叶片的无量纲静矩和转矩，C_l为升力系数，C_m为转矩系数，M_∞为来流马赫数，ω_α和ω_β分别是两个方向上的固有频率，μ为质量比，U为来流速度，K_S叶片刚度系数矩阵，M_S是叶片的质量矩阵，β₀是叶片的静态攻角，F_S是叶片的力矩阵；步骤2：建立流体域控制方程，假设流体是均匀、小扰动的流动，建立流体域的运动方程和连续条件方程为运动方程：连续条件：其中：P是叶片工作中的气动压力，u,v,w分别为流体单元沿x,y,z三个自由度的位移分量，ρ是流体的密度，K_f流体的压缩模量；步骤3：湍流方程采用的是低雷诺数双方程模型q‑ω，计算中的方程模型为式(3)；其中：μ_t是流体域流体的黏性，是流体域的速度分量，p是流体域气体的压力值，q是流体域种气体作的功，k是流体域中湍流动能，Re是特征雷诺数，J是叶片工作中的湍流速度场的应变率，ω是紊流动能的耗散率，l_ω是流体域当前单元到最近固体面的距离，θ，C₁,C₂,C₃,C_μ为封闭常数；步骤4：边界耦合条件在流体域和固体域的交界面，要同时满足运动学和动力学的条件，法向速度和法向虚位移一至；其中，n_f是流体边界的单位法向量，ν_Sn，ν_fn分别是流体域、固体域的法向速度；在这里，下角标s,f分别代表叶片的固体域和流体域参数；步骤5：耦合算法对建立的数学模型分别进行离散化，利用伽辽金法对方程(1)、(2)化简为有限元方程。