基于流固耦合的螺旋離心泵動力特性研究.pdf

1、螺旋離心泵是一種具有獨特螺旋型結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)泵，其葉輪是半開式的，葉片相對較薄且包角大。這種泵具有平坦功率曲線和較小物料破壞性，能夠長時間高效且無堵塞運行，一般無過載問題。螺旋離心泵運行過程中，其內(nèi)部流場存在復(fù)雜的非定常流動，使轉(zhuǎn)子長期受到周期性變化的水動力影響，引起轉(zhuǎn)子較大幅度的變形及振動，可能使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在應(yīng)力值沒有達(dá)到極限應(yīng)力的情況下發(fā)生疲勞損壞，影響其安全可靠運行。因此，開展螺旋離心泵流固耦合分析，掌握其內(nèi)部流動規(guī)律及應(yīng)力和變形分布，

2、對此類泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及穩(wěn)定安全運行具有重要意義。
　　本研究選用150×100LN-32單葉片螺旋離心泵為對象，采用ALE方法對其進(jìn)行流場和結(jié)構(gòu)場交叉迭代雙向流固耦合求解計算，并將計算結(jié)果與不考慮流固耦合的非定常計算結(jié)果進(jìn)行了對比，分析了流固耦合作用對泵的外特性和內(nèi)部流場的影響，同時對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的等效應(yīng)力和變形進(jìn)行了定量化分析，主要研究內(nèi)容和取得的成果如下：
　　1、在 CFX中以清水為介質(zhì)對模型泵進(jìn)行整機(jī)的定常數(shù)值計算，得出不

3、同工況下的性能曲線，與試驗所得的性能曲線進(jìn)行對比，確定計算模型和數(shù)值方法的可靠性。
　　2、在ANSYS Workbench中選取恰當(dāng)邊界條件對固體域和流體域進(jìn)行雙向流固耦合設(shè)置，并分別計算結(jié)果與試驗和非定常模擬計算結(jié)果進(jìn)行了對比，分析獲得流固耦合作用對外特性和內(nèi)流場的影響程度，以及0.8qv、1.0qv、1.2qv工況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的等效應(yīng)力和變形情況的變化特征。
　　3、流固耦合計算得到的揚(yáng)程和效率預(yù)測值相比非流固耦合計算更

4、接近試驗值，流固耦合作用對壓力場和速度場的影響主要集中在蝸殼擴(kuò)散段，使蝸殼擴(kuò)散段壓力分布和相對速度產(chǎn)生明顯差別，流體繞過隔舌后在擴(kuò)散段產(chǎn)生一個低速區(qū)，流固耦合作用使擴(kuò)散段的低速區(qū)范圍不斷擴(kuò)大。
　　4、葉輪變形量整體上隨流量的增大而減小，但在葉片進(jìn)口區(qū)域靠近輪緣側(cè)的進(jìn)口邊，變形量隨著流量的增大明顯增大，瞬時和時均最大變形量均出現(xiàn)在葉片進(jìn)口邊靠近輪緣一側(cè)；轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力整體上隨著流量的增加而減小，但在葉片進(jìn)口段與輪轂的結(jié)合部位，等效