本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合的多級離心泵非定常流動特性及誘導(dǎo)振動分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多級離心泵由多個葉輪串聯(lián)組成,具有運(yùn)行安全平穩(wěn)、噪音低、壽命久、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在石油化工、電力和城市供水等多個領(lǐng)域。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,離心泵朝著高速化、大功率以及大功率密度比發(fā)展,因此不可避免地出現(xiàn)轉(zhuǎn)子跨越臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)行時共振及額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行過程中流體非定常激勵造成的振動問題,這些都嚴(yán)重影響多級離心泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此,對多級離心泵開展基于流固耦合的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)和振動分析具有重要的工程應(yīng)用價值。本文利用PRO/E軟件對雙蝸殼結(jié)構(gòu)的四級離心泵全流道進(jìn)行三維建模,以離心泵內(nèi)部定常流場數(shù)值計(jì)算結(jié)果為初始條件,開展了多級泵基于流場和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)場單向流固耦合的非定常計(jì)算。主要研究內(nèi)容如下:(1)為分析多級離心泵內(nèi)部非定常流動特性,采用Realizable k-?湍流模型對不同流量工況下的多級離心泵進(jìn)行了非定常數(shù)值計(jì)算,揭示了各級葉輪及蝸殼內(nèi)的靜壓和速度分布隨時間變化的規(guī)律,并通過外特性試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。(2)為分析雙蝸殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其動靜干涉作用,對多級離心泵各級蝸殼監(jiān)測點(diǎn)的壓力脈動進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:隔舌干涉會影響壓力脈動的峰谷形成規(guī)律;不同監(jiān)測點(diǎn)處壓力脈動的時間序列與各級葉輪葉片數(shù)和隔舌-葉輪之間的動靜干涉有關(guān);隔舌附近的壓力脈動受到動靜干涉的影響更大。(3)為分析雙蝸殼結(jié)構(gòu)下葉輪的徑向力規(guī)律和隔舌干涉對徑向力的影響,對各級葉輪的單個葉片及葉輪整體的徑向力進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:當(dāng)葉片尾緣掃過隔舌時,各級葉輪及其單個葉片的徑向力都會產(chǎn)生突變波動;隨著流量的增加,各級葉輪及單個葉片徑向力的波動逐漸減小,且一個旋轉(zhuǎn)周期,葉輪徑向力的不平衡不僅與葉輪葉片的徑向受力有關(guān),也與葉輪出口周向靜壓分布不均勻?qū)е氯~輪前后蓋板受到的徑向不平衡力有關(guān)。(4)對多級離心泵的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型分別在“干態(tài)”、“濕態(tài)”及考慮流固耦合預(yù)應(yīng)力時進(jìn)行模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)考慮口環(huán)流體密封力后轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速有明顯提高,考慮流固耦合預(yù)應(yīng)力后轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的各階振動幅度均明顯減小。(5)根據(jù)耦合計(jì)算的結(jié)果,分析了不同流量工況下葉輪轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力及XY方向剪應(yīng)力最大值隨時間的變化規(guī)律,同時對離心泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非驅(qū)動端軸向和徑向振動進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn):離心泵運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)受到的徑向激勵力與其徑向振動具有密切的關(guān)聯(lián),流體的軸向激勵力引起的振動其計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果的頻率較為吻合。
【關(guān)鍵詞】：多級離心泵 流固耦合 壓力脈動 徑向力 模態(tài)分析 流體誘導(dǎo)振動
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 課題的背景及研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 臨界轉(zhuǎn)速的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 流固耦合的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 徑向力的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.4 振動的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第二章 多級離心泵的流固耦合計(jì)算方法18-30
• 2.1 幾何造型和網(wǎng)格劃分18-21
• 2.2 流固耦合方法21-22
• 2.3 流場數(shù)學(xué)模型22-24
• 2.3.1 控制方程22-23
• 2.3.2 Realizable k-ε湍流模型23-24
• 2.4 彈性結(jié)構(gòu)的有限元理論24-25
• 2.5 邊界條件及耦合求解設(shè)置25-27
• 2.5.1 流場邊界條件25-26
• 2.5.2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)邊界條件26
• 2.5.3 耦合求解器設(shè)置26-27
• 2.6 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)27-28
• 2.6.1 密封計(jì)算27-28
• 2.6.2 模態(tài)計(jì)算28
• 2.7 本章小結(jié)28-30
• 第三章 多級離心泵內(nèi)部流場分析和性能試驗(yàn)研究30-47
• 3.1 多級離心泵內(nèi)部流場特性分析30-37
• 3.1.1 首級和末級葉輪靜壓分布30-32
• 3.1.2 首級和末級葉輪相對速度流線分布32-34
• 3.1.3 各級葉輪靜壓分布34-36
• 3.1.4 各級葉輪絕對速度流線分布36-37
• 3.2 泵內(nèi)靜壓壓力脈動分析37-42
• 3.2.1 監(jiān)測點(diǎn)位置選取37-38
• 3.2.2 各級蝸殼監(jiān)測點(diǎn)處壓力脈動時域分析38-39
• 3.2.3 各級蝸殼監(jiān)測點(diǎn)處壓力脈動頻域分析39-42
• 3.3 模型泵的外特性試驗(yàn)及與數(shù)值模擬結(jié)果的對比42-45
• 3.3.1 試驗(yàn)內(nèi)容及方法42-43
• 3.3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)43-44
• 3.3.3 數(shù)值與試驗(yàn)結(jié)果對比分析44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 多級離心泵的徑向力分析47-57
• 4.1 各級葉輪單個葉片徑向力變化規(guī)律及分析47-52
• 4.1.1 單個葉片徑向分力分析47-49
• 4.1.2 單個葉片徑向力合力分析49-51
• 4.1.3 單個葉片徑向力矢量圖51-52
• 4.2 葉輪徑向力合力變化規(guī)律及分析52-56
• 4.2.1 葉輪徑向力分力分析52-53
• 4.2.2 葉輪徑向力合力分析53-55
• 4.2.3 葉輪徑向不平衡力分析55-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第五章 多級離心泵的模態(tài)分析57-69
• 5.1 轉(zhuǎn)子模型及相關(guān)求解設(shè)置57-58
• 5.2 密封模型及動特性參數(shù)58-60
• 5.3“干態(tài)”時的模態(tài)分析60-63
• 5.3.1“干態(tài)”時轉(zhuǎn)子的坎貝爾圖60-61
• 5.3.2“干態(tài)”時轉(zhuǎn)子的模態(tài)振型圖61-63
• 5.4“濕態(tài)”時的模態(tài)分析63-65
• 5.4.1“濕態(tài)”時轉(zhuǎn)子的坎貝爾圖63-64
• 5.4.2“濕態(tài)”時轉(zhuǎn)子的模態(tài)振型圖64-65
• 5.5 基于流固耦合的模態(tài)分析65-68
• 5.5.1 基于流固耦合的轉(zhuǎn)子的坎貝爾圖65-66
• 5.5.2 基于流固耦合的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)振型圖66-68
• 5.6 本章小結(jié)68-69
• 第六章 多級離心泵的振動分析69-79
• 6.1 轉(zhuǎn)子計(jì)算模型69
• 6.2 求解方法69-70
• 6.3 應(yīng)力分析70-71
• 6.4 振動分析71-78
• 6.4.1 不同流量時非驅(qū)動端軸向振動分析71-75
• 6.4.2 額定流量時非驅(qū)動端徑向振動分析75-78
• 6.5 本章小結(jié)78-79
• 第七章 總結(jié)與展望79-81
• 7.1 總結(jié)79-80
• 7.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果86

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  本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合的多級離心泵非定常流動特性及誘導(dǎo)振動分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：333276