基于流固耦合方法的离心泵结构特性研究

发布时间：2017-12-03 04:20

本文关键词：基于流固耦合方法的离心泵结构特性研究

【摘要】：离心泵是国民经济部门中应用极为广泛的一种通用水力机械，在农田排灌、石油化工、城市给排水和船舶工业等领域都有着广泛的应用。叶轮是离心泵的关键过流部件，其复杂的内部流动与叶轮结构之间存在着相互作用，，这种相互作用对叶轮的结构特性影响显著，容易造成叶轮的破坏。因而，离心泵的流体动力和结构力学性能对其运行安全性和可靠性起着至关重要的影响。针对离心泵运行的安全性和可靠性问题，采用流固耦合方法，对离心泵进行结构特性研究，对于改善离心泵的运行特性，保证运行的可靠性以及离心泵的进一步优化设计具有重要的理论意义和实用价值。本文通过离心泵内流场数值模拟和叶轮结构特性分析，研究叶轮内流场与结构之间的流固耦合作用，探索叶轮在流固耦合作用下的结构力学特性。论文的主要研究内容和特色如下：（1）采用高级三维建模软件UG对离心泵全流道和叶轮实体进行了三维造型；利用GAMBIT软件完成离心泵全流道流体网格，采用ANSYS的网格划分平台完成叶轮的结构网格。（2）基于FLUENT软件，采用标准k湍流模型对离心泵全流道在设计流量工况和非设计流量工况下进行了三维定常湍流数值模拟，获得了各工况下离心泵全流场的速度、压力分布情况，探索了离心泵内部的流动规律，分析研究了流量对离心泵内流场的影响，为后续的叶轮结构特性研究奠定了基础。（3）基于ANSYS Workbench平台，采用流固耦合方法，对离心泵叶轮进行了结构静力分析。在设计工况下，讨论了不同载荷对叶轮应力及变形的影响；针对不同流量工况，研究了叶轮的应力及变形随流量的变化情况。计算结果对离心泵运行的安全性和可靠性具有指导意义。（4）针对离心泵运行中的振动现象，基于ANSYS Workbench平台对离心泵叶轮进行了模态分析。对比分析了叶轮在空气中和水介质中的固有振动特性，获得了叶轮的固有频率和振型，为后续的动力学分析提供了重要的模态参数，为叶轮的优化设计提供了理论依据。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH311

【参考文献】

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