軸流泵流固耦合的數(shù)值仿真研究.pdf

1、軸流泵被農(nóng)田灌溉、給排水工程等廣泛采用，具有大流量、低揚(yáng)程的特點(diǎn)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，根據(jù)軸流泵的特點(diǎn)，將在國(guó)家一些大型的工程如南水北調(diào)工程中大量采用。故對(duì)軸流泵的結(jié)構(gòu)特性的研究具有重要的理論意義。本文以某型號(hào)軸流泵為研究對(duì)象，采用FLUENT和ANSYSWorkbench協(xié)調(diào)仿真的方法，基于FLUENT軟件中的多重坐標(biāo)參考系模型、N—S控制方程、simple算法以及標(biāo)準(zhǔn)κ—ε湍流模型對(duì)軸流泵全流道進(jìn)行數(shù)值模擬,并依據(jù)流體力學(xué)和彈性力學(xué)

2、建立流-固耦合有限元方程。通過Workbench中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，對(duì)軸流泵葉輪進(jìn)行流-固耦合計(jì)算。
　　本文采用三維建模軟件UG對(duì)軸流泵的實(shí)體模型和流體模型進(jìn)行三維建模，并將三維流體模型導(dǎo)入FLUENT前處理軟件Gambit中對(duì)其進(jìn)行前處理。通過ANSYSWorkbench中的FLUENT模塊，對(duì)經(jīng)過前處理的文件進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬，獲得流場(chǎng)壓力的分布情況。利用Workbench中的耦合技術(shù)，將流場(chǎng)壓力輸送到靜力分析模塊以及模態(tài)分析模

3、塊對(duì)軸流泵葉輪實(shí)體模型進(jìn)行流固耦合求解，獲得葉輪的應(yīng)力分布以及各階頻率和振型。通過分析求解結(jié)果得到結(jié)論如下：
　　1、軸流泵全流道的流場(chǎng)壓力從入口到出口逐漸升高，主要工作部件葉輪的工作面壓力高于背面壓力，且在葉輪葉片的背面靠近入水邊出現(xiàn)了明顯的低壓區(qū)，故在此區(qū)域由于壓力的減小容易出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。通過比較不同流量工況下的軸流泵流場(chǎng)壓力分布，發(fā)現(xiàn)流量對(duì)壓力分布的位置以及大小均有一定的影響但是影響較小。
　　2、從靜力結(jié)構(gòu)分析結(jié)果知

4、，在葉片與輪轂連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中，且最大應(yīng)力也出現(xiàn)在該位置,而最大變形則是出現(xiàn)在葉片出水邊的外緣處。
　　3、通過對(duì)葉輪進(jìn)行模態(tài)分析知，離心力將引起葉輪的扭轉(zhuǎn)變形，對(duì)頻率有顯著影響，而流場(chǎng)壓力對(duì)頻率影響不明顯。從各階振型圖可以看出，葉輪在不同頻率下，振動(dòng)形式不同，且振動(dòng)情況隨著頻率的增加越來越復(fù)雜。為了避免共振而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)該盡量避開在固有頻率下工作。
　　通過采用流固耦合方法對(duì)軸流泵的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析，了解了軸流泵內(nèi)部