本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合的蝸殼式混流泵壓力脈動(dòng)及結(jié)構(gòu)特性分析

  更多相關(guān)文章： 混流泵 流固耦合 壓力脈動(dòng) 靜力分析 模態(tài)分析

【摘要】：混流泵是一種目前在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣的流體機(jī)械。泵內(nèi)的流動(dòng)復(fù)雜,其內(nèi)部的流動(dòng)狀況直接影響到泵性能的優(yōu)劣,由流體不穩(wěn)定流動(dòng)誘發(fā)的壓力脈動(dòng)所導(dǎo)致的振動(dòng)問(wèn)題一直伴隨著混流泵的運(yùn)行,是影響其穩(wěn)定運(yùn)行及造成葉片疲勞破壞的重要因素。因此對(duì)其內(nèi)部壓力脈動(dòng)規(guī)律的研究,對(duì)于泵設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)具有重要意義。同時(shí),在泵運(yùn)行過(guò)程中,內(nèi)部流場(chǎng)與葉輪結(jié)構(gòu)通過(guò)壓力脈動(dòng)規(guī)律相互作用,即流固耦合現(xiàn)象,這種相互作用也應(yīng)該考慮。而且泵的設(shè)計(jì)不僅要滿足水力特性的要求,也要考慮其結(jié)構(gòu)特性,對(duì)其強(qiáng)度及振動(dòng)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此,本文將基于流固耦合方法對(duì)混流泵內(nèi)流體誘發(fā)的壓力脈動(dòng)特性進(jìn)行研究,分析其作用規(guī)律,并進(jìn)一步對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度變形分析和振動(dòng)特性分析。本文通過(guò)數(shù)值模擬手段,以一蝸殼式混流泵為研究對(duì)象,采用雙向流固耦合的方式對(duì)泵內(nèi)瞬態(tài)流動(dòng)進(jìn)行模擬,獲得其流動(dòng)特性,并主要對(duì)混流泵內(nèi)的壓力脈動(dòng)特性進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)泵內(nèi)不同部位的壓力脈動(dòng)及壓力脈動(dòng)頻譜分布的分析,可以發(fā)現(xiàn)泵內(nèi)壓力脈動(dòng)呈現(xiàn)一種周期性變化,且這種變化與動(dòng)靜葉片數(shù)有關(guān)。泵內(nèi)壓力脈動(dòng)的主頻為轉(zhuǎn)頻及葉頻,最大壓力脈動(dòng)強(qiáng)度發(fā)生的位置在動(dòng)靜葉之間的間隙處,也證明了動(dòng)靜干涉效應(yīng)是壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的主要原因。并將獲得的葉輪部分的流場(chǎng)壓力信息作為后續(xù)結(jié)構(gòu)分析的水動(dòng)力載荷數(shù)據(jù)。同時(shí),基于有限元計(jì)算方法,對(duì)混流泵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析及動(dòng)力特性分析。研究不同載荷下葉輪的應(yīng)力及變形分布規(guī)律,得出水壓力是對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的主要因素,并計(jì)算出最大應(yīng)力值和最大變形量及其出現(xiàn)的位置。并對(duì)流固耦合條件下的瞬態(tài)應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律進(jìn)行分析,為強(qiáng)度校核提供數(shù)值依據(jù)。為分析轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性,還對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析,得出轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的固有頻率和各階頻率下的振型。通過(guò)比較轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在空氣介質(zhì)中和水介質(zhì)中的固有頻率,發(fā)現(xiàn)水介質(zhì)的存在會(huì)使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的固有頻率有所降低,所以在進(jìn)行共振分析時(shí),水介質(zhì)的影響應(yīng)該考慮。另外,模態(tài)分析的結(jié)果還可以為進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性提供模態(tài)參數(shù),深入了解葉片振動(dòng)機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：混流泵 流固耦合 壓力脈動(dòng) 靜力分析 模態(tài)分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH313
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 流固耦合現(xiàn)象研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 流固耦合機(jī)理及求解方法10-12
• 1.2.2 泵內(nèi)壓力脈動(dòng)及流固耦合特性研究12-15
• 1.3 動(dòng)靜干涉特性研究15-16
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 流固耦合數(shù)值計(jì)算相關(guān)原理18-27
• 2.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)18-23
• 2.1.1 流體動(dòng)力學(xué)控制方程19-21
• 2.1.2 SST k ?? 湍流模型21-22
• 2.1.3 壁面函數(shù)理論22-23
• 2.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)控制方程23-24
• 2.3 流固耦合求解的相關(guān)理論24-26
• 2.3.1 ALE方法24-25
• 2.3.2 流固耦合求解策略25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 混流泵葉輪瞬態(tài)流固耦合數(shù)值計(jì)算27-38
• 3.1 計(jì)算模型建立及網(wǎng)格劃分27-30
• 3.1.1 計(jì)算模型的建立27-28
• 3.1.2 計(jì)算網(wǎng)格劃分28-30
• 3.2 流固耦合計(jì)算條件設(shè)置30-34
• 3.2.1 流體計(jì)算條件設(shè)置30-32
• 3.2.2 結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算條件設(shè)置32-33
• 3.2.3 流固耦合計(jì)算的實(shí)現(xiàn)33-34
• 3.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析34-35
• 3.4 穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果分析35-37
• 3.4.1 壓力場(chǎng)分析35-36
• 3.4.2 速度場(chǎng)分布36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 瞬態(tài)流固耦合壓力脈動(dòng)分析38-57
• 4.1 壓力脈動(dòng)分析38-43
• 4.2 壓力脈動(dòng)頻率分析43-47
• 4.3 動(dòng)靜干涉效應(yīng)47-48
• 4.4 渦結(jié)構(gòu)分析48-50
• 4.4.1 葉輪流域渦核分布49
• 4.4.2 導(dǎo)葉及蝸殼區(qū)渦核分布49-50
• 4.5 葉片表面力波動(dòng)分析50-51
• 4.6 耦合與非耦合計(jì)算方式結(jié)果對(duì)比51-56
• 4.7 本章小結(jié)56-57
• 第5章 葉輪結(jié)構(gòu)特性分析57-68
• 5.1 葉輪靜力學(xué)特性分析57-61
• 5.1.1 葉輪應(yīng)力分布57-59
• 5.1.2 葉輪變形分布59-61
• 5.2 瞬態(tài)應(yīng)力應(yīng)變分析61-62
• 5.3 葉輪模態(tài)分析62-67
• 5.3.1 固有頻率分析62-65
• 5.3.2 振型分析65-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果74-76
• 致謝76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：764675