基于流固耦合联合收割机横流风机叶轮的动力特性分析

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1、2015年9月农机化研究第9期基于流固耦合联合收割机横流风机叶轮的动力特性分析李吉成，果霖，张天会(云南农业大学机电工程学院，昆明650201)摘要:随着谷物联合收割机清选部件宽度的增加，横流风机以风量大、结构紧凑、出口气流沿轴向分布均匀等优点，在联合收割机上得到了广泛的应用。为此，利用有限元分析平台ANSYSWorkbench对某型号联合收割机的横流风机进行流固耦合分析，首先分析风机流场对叶轮的作用力，进而分析不同作用力对叶轮动力特性的影响。结果表明:流场对叶轮的作用力分布十分复杂;与只考虑离心力相比，考虑离心力和重力之后叶轮的最大总变形量增加了8．5%;如果再考虑流场压力作

2、用，叶轮最大总变形量增加了3．5%;预作用力对不同阶数叶轮模态振频的影响也不同，不同预作用力下的叶轮模态振频是基本一致的;风机叶轮的干扰频率16．1Hz远小于其前8阶模态振频;ANSYSWorkbench简化流固耦合的分析过程，提高了分析效率。关键词:横流风机;流固耦合;ANSYSWorkbench;动力特性;联合收割机中图分类号:S225．3;S220．3文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0234－07DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.053收割机横流风机进行流固单向耦合分析，得到了流场0引言对叶片的作用和离心力、重力

3、、流场压力对该横流风近年来，谷物联合收割机的作业宽度不断增加，机叶轮的动力特性的影响。由于叶轮变形量较小，不其清选部宽度也随之增大，常用的离心风机和轴流风会对流场产生较大的影响，无需进行流固双向耦合分机出现了动力消耗大、横流气体分布不均匀及机构尺析。寸大等问题。横流风机以风量大、外形尺寸小、结构1风机模型紧凑、出口气流沿轴向分布均匀等优点，在谷物联合［1］收割机上获得了越来越广泛的应用。1．1横流风机的工作原理由于横流风机内部气体流动的复杂性，采用一般横流风机由叶轮、外壳及舌板等组成，外壳由左［1］的实验研究和理论分析的方法很难精确地计算出流右侧板及上下壁板组成，如图1所示。在

4、没有外壳场对叶片的作用载荷，而流固耦合的数值模拟可以很的情况下，叶轮旋转会产生一个叶轮同心的涡旋，横好地解决这个问题。CFX中流固耦合分为流固单向流风机的外壳是一个不对称的边界。在这种不对称耦合和流固双向耦合两种类型。其中，单向耦合适用的边界条件下，叶轮的旋转怎会形成一个偏心涡旋，于流场对固体作用后，固体变形不大的情况，即固体从而使风机内外产生一个压力差，空气在这个压力差受到流场作用后，固体的外貌改变不会改变流场的分的作用下，从风机入口经过进风叶栅进入风机，在经［3］布;如果固体受到流场作用后，固体的外貌改变对流过出风叶栅流出风机。场的分布影响较大，则应该是用流固双向耦合来进行

5、［2］分析。分析平台ANSYSWorkbench具有强大的结构和流体、电磁及相互耦合分析功能。Workbench将多个分析模块集成，每个模块可以相互传递、共享数据，将复杂的多物理场分析无缝的组合在一起。本文首先利用ANSYSWorkbench对某型号联合收稿日期:2014－09－16基金项目:云南省应用基础研究项目(2013FD021)作者简介:李吉成(1989－)，男，山东临港人，硕士研究生，(E－mail)1．外壳2．叶轮3．舌板981666199@qq．com。图1横流风机结构简图通讯作者:张天会(1973－)，女，云南镇雄人，副教授，博士，(E－mail)zhtianh

6、ui_5@163．com。Fig．1Fanstructurediagramofcrossflowfan·234·2015年9月农机化研究第9期1．2风机的模型模型建立完成后，应将模型导入到分析平台AN-本文的分析对象是某型号谷物联合收割机的横流SYSWorkbech中，虽然ANSYSWorkbech已经实现与多风机，由于要进行横流风机流场模拟分析、叶轮的静种CAD软件的无缝连接;但为避免由于软件版本不兼力学分析和预应力模态分析，所以要建立叶轮模型和容等问题而导致导入模型失败，在导入到ANSYS风机流场模型。其中，流场又分为外流场和内流场，Workbech之前，将模型转化为IGS

7、格式文件。内流场是随叶轮一起转动的部分。横流风机的主要2CFX流场分析结构参数如表1所示。表1横流风机的结构参数2．1网格划分Table1Structureparametersofcrossflowfan导入ANSYSWorkbech中的模型是含有叶轮、内项目数值流场、外流场的装配体。由于叶轮不参与流场的分风机总宽度/mm1080．0析，所以在划分网格之前，需要将其抑制。叶片周围叶轮外径D1/mm220．0的内流道形状较为复杂，很难用一种网格划分。因叶轮内径D2/mm171．0此，本文采用W