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、低揚程的特點。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，根據(jù)軸流泵的特點，將在國家一些大型的工程如南水北調(diào)工程中大量采用。故對軸流泵的結(jié)構(gòu)特性的研究具有重要的理論意義。本文以某型號軸流泵為研究對象，采用FLUENT和ANSYSWorkbench協(xié)調(diào)仿真的方法，基于FLUENT軟件中的多重坐標參考系模型、N—S控制方程、simple算法以及標準κ—ε湍流模型對軸流泵全流道進行數(shù)值模擬,并依據(jù)流體力學和彈性力學

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)，對軸流泵葉輪進行流-固耦合計算。
　　本文采用三維建模軟件UG對軸流泵的實體模型和流體模型進行三維建模，并將三維流體模型導入FLUENT前處理軟件Gambit中對其進行前處理。通過ANSYSWorkbench中的FLUENT模塊，對經(jīng)過前處理的文件進行流場數(shù)值模擬，獲得流場壓力的分布情況。利用Workbench中的耦合技術(shù)，將流場壓力輸送到靜力分析模塊以及模態(tài)分析模

3、塊對軸流泵葉輪實體模型進行流固耦合求解，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壓力分布，發(fā)現(xiàn)流量對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、通過對葉輪進行模態(tài)分析知，離心力將引起葉輪的扭轉(zhuǎn)變形，對頻率有顯著影響，而流場壓力對頻率影響不明顯。從各階振型圖可以看出，葉輪在不同頻率下，振動形式不同，且振動情況隨著頻率的增加越來越復雜。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軸流泵的結(jié)構(gòu)特性進行分析，了解了軸流泵內(nèi)部