本文關(guān)鍵詞：基于CFD的旋噴泵性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：旋噴泵(又稱“皮托泵”)是一種基于皮托管效應(yīng)研制的低流量、高揚(yáng)程泵。它的比轉(zhuǎn)數(shù)ns極低，一般在5～30之間。該泵在石油化工和石油煉制、炭黑制造、電站等領(lǐng)域的應(yīng)用較廣。葉輪是旋噴泵三大主要過流部件之一，其內(nèi)部構(gòu)成比普通離心泵、旋流泵復(fù)雜，，容易導(dǎo)致在相同工況流量下葉輪的更高失效概率。因此，葉輪的內(nèi)部流動(dòng)情況與結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布對(duì)整個(gè)旋噴泵的安全運(yùn)作有著至關(guān)重要的影響。為了使旋噴泵安全、可靠地運(yùn)作，基于CFD和FSI理論，對(duì)主要過流部件做了全流道數(shù)值模擬，重點(diǎn)研究了旋噴泵在運(yùn)作時(shí)的葉輪流道內(nèi)部靜壓分布、葉輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形分布情況，這能有效改善旋噴泵的可靠性、優(yōu)化葉輪在不同工況下性能以及減少生產(chǎn)試驗(yàn)樣機(jī)的成本。 本文通過對(duì)旋噴泵三大過流部件流道流場的數(shù)值模擬仿真以及對(duì)葉輪的結(jié)構(gòu)靜力分析，研究了葉輪內(nèi)部流場與葉輪結(jié)構(gòu)的相互影響，探索了葉輪結(jié)構(gòu)在離心力慣性載荷和流體壓強(qiáng)載荷作用下的結(jié)構(gòu)特性。本論文主要內(nèi)容如下： （1）基于SolidWorks對(duì)旋噴泵三大主要過流部件的流道以及葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模；基于GAMBIT和ANSYS Workbench的MESH模塊，分別對(duì)三大主要過流部件流道三維結(jié)構(gòu)模型以及葉輪三維結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 （2）采用ANSYS Workbench平臺(tái)的FLUENT模塊，基于標(biāo)準(zhǔn)k湍流方程對(duì)旋噴泵主要過流部件流體在不同工況下進(jìn)行了三維定常湍流數(shù)值模擬，得到了流道流體速度、靜壓分布，研究了不同流量對(duì)旋噴泵主要過流部件流場的影響，為葉輪結(jié)構(gòu)特性研究提供了理論依據(jù)。 （3）采用Statical模塊，基于單向FSI原理，對(duì)旋噴泵葉輪進(jìn)行了在受不同載荷作用下結(jié)構(gòu)有限元分析。分析了在不同流量工況下，離心力慣性載荷和流場壓強(qiáng)載荷對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)的影響。研究了在不同流量工況下，葉輪的應(yīng)力及變形變化情況。分析研究結(jié)果為后續(xù)的旋噴泵可靠性研究提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：旋噴泵 數(shù)值模擬 FSI理論 靜力分析
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH38
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題研究背景及其意義10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究手段概述11-15
• 1.3.1 CFD 技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀11-13
• 1.3.2 FSI 技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀13-15
• 1.4 本文主要內(nèi)容及研究手段15
• 1.5 本章小結(jié)15-16
• 2 旋噴泵基礎(chǔ)理論、三維建模及網(wǎng)格化處理16-27
• 2.1 旋噴泵理論概述16-19
• 2.1.1 旋噴泵基本結(jié)構(gòu)16-17
• 2.1.2 旋噴泵主要過流部件17-18
• 2.1.3 旋噴泵工作原理18-19
• 2.1.4 旋噴泵的性能參數(shù)19
• 2.2 旋噴泵的三維建模19-23
• 2.2.1 Solidworks 概述19-20
• 2.2.2 葉輪設(shè)計(jì)20-21
• 2.2.3 基于 Solidworks 的主要過流部件三維模型21-23
• 2.3 旋噴泵流道及葉輪結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格化處理23-26
• 2.3.1 全流道網(wǎng)格劃分23-25
• 2.3.2 葉輪結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 旋噴泵內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬27-52
• 3.1 流動(dòng)模型介紹27
• 3.1.1 有限控制體27
• 3.1.2 無窮小流元27
• 3.2 FLUENT 軟件概述27-29
• 3.2.1 FLUENT 功能概述27-28
• 3.2.2 FLUENT 軟件基本構(gòu)成28-29
• 3.3 旋噴泵流動(dòng)研究基本方程及湍流模型29-35
• 3.3.1 控制方程29-30
• 3.3.2 湍流數(shù)值模擬方法30-32
• 3.3.3 FLUENT 中常用湍流模型32-34
• 3.3.4 壁面函數(shù)34-35
• 3.4 邊界條件設(shè)定35-37
• 3.4.1 進(jìn)口邊界條件36
• 3.4.2 出口邊界條件36-37
• 3.4.3 壁面邊界條件37
• 3.5 流場數(shù)值求解方法37-40
• 3.5.1 耦合式解法38
• 3.5.2 分離式解法38
• 3.5.3 SIMPLE 算法38-40
• 3.6 流域動(dòng)靜耦合求解原理40-41
• 3.6.1 多參考系（MRF）模型40
• 3.6.2 混合平面（MPM）模型40-41
• 3.6.3 滑移網(wǎng)格（SMM）模型41
• 3.7 旋噴泵內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算過程41-44
• 3.7.1 GAMBIT 前處理42
• 3.7.2 計(jì)算過程42-44
• 3.8 計(jì)算結(jié)果顯示以及分析44-51
• 3.8.1 設(shè)計(jì)工況流量（1.0Q）下三大過流部件靜壓分布44-46
• 3.8.2 非設(shè)計(jì)工況流量下的三大過流部件靜壓分布46-47
• 3.8.3 設(shè)計(jì)工況流量（1.0Q）下三大過流部件速度場分布47-48
• 3.8.4 非設(shè)計(jì)工況流量下三大過流部件速度場分布48-51
• 3.9 本章小結(jié)51-52
• 4 基于 FSI 原理的旋噴泵葉輪靜力分析52-66
• 4.1 流固耦合守恒原則52
• 4.2 流固耦合解法分類52-53
• 4.2.1 直接耦合式解法53
• 4.2.2 分離式解法53
• 4.3 機(jī)械零件靜力分析原理53-56
• 4.3.1 靜力分析的彈性力學(xué)基礎(chǔ)54-55
• 4.3.2 靜力分析的有限元方程55-56
• 4.4 葉輪流固耦合分析過程56-59
• 4.4.1 基于單向流固耦合的求解方法56
• 4.4.2 ANSYS 流固耦合功能概述56-57
• 4.4.3 旋噴泵葉輪結(jié)構(gòu)靜力分析57-59
• 4.5 耦合結(jié)果分析59-65
• 4.5.1 流場壓強(qiáng)載荷及離心力載荷對(duì)葉輪應(yīng)力分布的影響59-61
• 4.5.2 流場壓強(qiáng)載荷及離心力載荷對(duì)葉輪變形分布的影響61-62
• 4.5.3 流量對(duì)葉輪應(yīng)力及變形分布的影響62-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果70-71
• 致謝71-72

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  本文關(guān)鍵詞：基于CFD的旋噴泵性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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