船用離心泵參數(shù)化設(shè)計與流固耦合分析.pdf

1、本課題在中國船舶重工集團(tuán)公司第704研究所國防預(yù)研項目“旋轉(zhuǎn)類流體機(jī)械計算方法優(yōu)化研究”(2012JX059F)和江蘇省船舶先進(jìn)設(shè)計制造技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗室開放基金項目“基于柔性多體動力學(xué)的船用水泵振動特性研究”(CJ1201)資助下展開工作。離心泵作為重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)與國防工業(yè)的各個領(lǐng)域，離心泵的設(shè)計與分析在節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。復(fù)雜的工作環(huán)境、苛刻的可靠性要求向船用離心泵特別是軍工設(shè)備用泵提

2、出了更高的設(shè)計要求。本文以某系列船用二級離心泵為研究對象，主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)全面分析了CAD技術(shù)在離心泵設(shè)計領(lǐng)域的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上對面向設(shè)計制造集成的船用離心泵設(shè)計系統(tǒng)展開研究，給出了系統(tǒng)的處理流程與基本的功能劃分。
　　(2)結(jié)合速度系數(shù)法，基于VB完成葉輪水力設(shè)計模塊的開發(fā)；在分析船用二級離心泵葉輪建模思路的基礎(chǔ)上，應(yīng)用UG/Open二次開發(fā)技術(shù)完成了葉輪的參數(shù)化建模與軟件開發(fā)，為內(nèi)流場數(shù)值模擬、轉(zhuǎn)

3、子系統(tǒng)流固耦合動力特性分析以及葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　(3)以船用二級離心泵內(nèi)流道水體參數(shù)化模型為基礎(chǔ)，利用Hyper Mesh對內(nèi)流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇SST k湍流模型，應(yīng)用ANSYS14.5的CFX模塊對不同工況條件下船用二級離心泵內(nèi)流場進(jìn)行定常數(shù)值模擬。全面分析了不同工況條件下內(nèi)流場的速度分布與壓力分布規(guī)律，預(yù)測了該離心泵的性能曲線，并通過實(shí)驗驗證了數(shù)值模擬分析的正確性與數(shù)值模擬設(shè)置的合理性。
　　(4)探討了不

4、同載荷對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響，得到水力載荷是影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性主要原因的結(jié)論。基于單向流固耦合理論，應(yīng)用Workbench14.5流固耦合分析模塊(FSI:Fluid Flow(CFX)-Static Structural)構(gòu)建分析框架，以內(nèi)流場定常數(shù)值模擬分析結(jié)果為基礎(chǔ)，將不同工況下的水壓力載荷加載到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上，對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動力特性分析。全面分析了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的應(yīng)力、應(yīng)變特點(diǎn)，比較了首末級葉輪葉片應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律的異同。此外，還分析了流量