本文關(guān)鍵詞：多級離心泵流固耦合動力特性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多級離心泵因效率較高、揚程大,廣泛應(yīng)用于城市給排水、農(nóng)田灌溉、石油化工、礦用排水、森林消防、高層建筑等國民經(jīng)濟的各個行業(yè)。多級離心泵結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,為了滿足更高揚程的需求,往往通過增加葉輪串聯(lián)數(shù)來實現(xiàn),不可避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動幅度增大的問題。在運行過程中,泵內(nèi)流場與葉輪結(jié)構(gòu)相互作用,容易引發(fā)葉輪結(jié)構(gòu)疲勞破壞,尤其是當(dāng)轉(zhuǎn)頻與結(jié)構(gòu)固有頻率相近甚至相同發(fā)生共振時,嚴重影響到多級離心泵的安全可靠運行。因此,對多級離心泵開展流固耦合作用下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性研究不僅具有重要的理論意義,更具有重要的工程實用價值。 本文利用TurboGrid、UG、ICEM創(chuàng)建數(shù)值模型,對某D型五級離心泵全流道數(shù)值求解,在此基礎(chǔ)上,利用ANSYS-Workbench協(xié)同仿真平臺,研究多級離心泵單向流固耦合作用下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力特性,主要研究內(nèi)容和成果如下： (1)采用標準k-ε湍流模型數(shù)值模擬不同流量工況下多級離心泵內(nèi)流場,分析流場壓力分布,并通過模型試驗外特性結(jié)果驗證數(shù)值模擬的可行性與可靠性。 (2)利用單向流固耦合技術(shù),對多級離心泵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進行線性靜力計算,研究葉輪等效應(yīng)力及變形情況,獲取最大應(yīng)力變形值及其位置,并進行葉輪強度校核。分析發(fā)現(xiàn)：流體壓力荷載對結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形起主要作用,最大等效應(yīng)力隨流量增加而減小,總變形隨流量增加而增大；設(shè)計工況下,葉輪葉片等效應(yīng)力隨葉輪級次呈先增大后減小的趨勢,最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在第二級,存在應(yīng)力集中,其中,首級葉輪葉片最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在葉片進口前緣與輪轂接合處,其他各級出現(xiàn)在葉片進口前緣與前蓋板接合處；變形則逐級增大,最大變形發(fā)生在末級葉輪葉片最外緣,同級葉輪變形主要表現(xiàn)為圓周方向變形,沿徑向逐漸增大,呈不均勻分布；各流量工況下結(jié)構(gòu)最小安全系數(shù)為3.75,均能滿足強度要求。 (3)在Workbench Modal分析模塊中,分別計算空氣中3～15級葉輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)模態(tài),分析不同葉輪串聯(lián)數(shù)時的固有頻率,并與多級泵額定轉(zhuǎn)速下1、2、3倍轉(zhuǎn)頻對比,預(yù)測各級多級離心泵發(fā)生共振的可能性。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)振型主要表現(xiàn)為擺動、扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動、俯仰振動；五級離心泵在給定工況下振動特性良好,不會出現(xiàn)共振狀況；增大葉輪串聯(lián)數(shù),存在引發(fā)結(jié)構(gòu)共振的可能,15級時,額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)頻與一、二階固有頻率接近,易發(fā)生共振破壞。
【關(guān)鍵詞】：多級離心泵 流固耦合 靜力分析 模態(tài)分析 Workbench
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 符號說明7-9
• 目錄9-12
• 1 緒論12-17
• 1.1 研究的目的和意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究概況12-16
• 1.2.1 流固耦合研究概況12-15
• 1.2.2 多級離心泵研究概況15-16
• 1.3 主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線16-17
• 2 多級離心泵及計算軟件介紹17-21
• 2.1 多級離心泵概述17-19
• 2.1.1 多級離心泵結(jié)構(gòu)17-18
• 2.1.2 離心泵工作原理18-19
• 2.2 計算軟件簡介19-20
• 2.2.1 Workbench協(xié)同仿真平臺19
• 2.2.2 CFX-TurboGrid概述19
• 2.2.3 UG概述19-20
• 2.2.4 CFX概述20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 3 多級離心泵內(nèi)流場數(shù)值模擬21-34
• 3.1 數(shù)值計算基本方程21-24
• 3.1.1 控制方程21-22
• 3.1.2 湍流模型22-24
• 3.2 流場求解方法24
• 3.3 流體域三維模型及網(wǎng)格24-29
• 3.3.1 多級離心泵結(jié)構(gòu)參數(shù)24-25
• 3.3.2 多級離心泵三維模型25-26
• 3.3.3 網(wǎng)格生成26-28
• 3.3.4 多級泵流體計算域裝配28-29
• 3.4 計算參數(shù)設(shè)置29-30
• 3.5 多級離心泵內(nèi)流場壓力分布30-32
• 3.5.1 全流道壓力分布30-31
• 3.5.2 設(shè)計工況下各級葉輪壓力分布31-32
• 3.6 多級離心泵外特性預(yù)測32-33
• 3.7 本章小結(jié)33-34
• 4 基于流固耦合的多級離心泵葉輪靜力分析34-52
• 4.1 靜力結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)34-37
• 4.1.1 彈性分析及其理論基礎(chǔ)34-36
• 4.1.2 靜力分析有限元方程36-37
• 4.2 流固耦合問題的處理方法37
• 4.3 有限元分析的預(yù)定義37-39
• 4.3.1 單位設(shè)置38
• 4.3.2 材料屬性定義38-39
• 4.3.3 單元類型選擇39
• 4.4 轉(zhuǎn)子有限元模型建立39-41
• 4.4.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)簡化模型39
• 4.4.2 導(dǎo)入幾何模型39-40
• 4.4.3 劃分網(wǎng)格40-41
• 4.5 荷載的施加與求解41-42
• 4.6 結(jié)構(gòu)靜力分析42-51
• 4.6.1 載荷對結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的影響42-45
• 4.6.2 多級泵各級葉輪葉片應(yīng)力應(yīng)變比較45-48
• 4.6.3 流量對結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的影響48-50
• 4.6.4 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強度校核50-51
• 4.7 本章小結(jié)51-52
• 5 模態(tài)分析52-60
• 5.1 模態(tài)分析基礎(chǔ)52-53
• 5.2 模態(tài)分析求解方法53-54
• 5.3 多級泵轉(zhuǎn)子模態(tài)計算54
• 5.4 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)模態(tài)分析54-59
• 5.4.1 空氣中轉(zhuǎn)子模態(tài)分析54-58
• 5.4.2 不同葉輪串聯(lián)數(shù)時模態(tài)分析58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 6 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻62-65
• 致謝65-66

【參考文獻】

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本文編號：371056