本文關(guān)鍵詞：雙向泵葉片應(yīng)力與模態(tài)分析

  更多相關(guān)文章： 雙向泵 數(shù)值模擬 流固耦合 靜力分析 模態(tài)分析

【摘要】：在我國(guó),長(zhǎng)江中下游地區(qū)沿江低洼地帶的泵站大都具有揚(yáng)程低流量大等特點(diǎn),因此軸流泵應(yīng)用十分廣泛。其中大多數(shù)泵站需要雙向抽水功能,使用雙向?qū)ΨQ翼型葉片的軸流泵,直接反轉(zhuǎn)機(jī)組就可以實(shí)現(xiàn)反向抽水,并且能夠兼顧正反向性能,因此成為低揚(yáng)程雙向泵站設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選泵型。但是近年來(lái),在泵站運(yùn)行過(guò)程中偶爾會(huì)發(fā)生水泵葉片出現(xiàn)裂紋甚至斷裂的事故,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了不必要的損失。特別對(duì)于大型泵站來(lái)講,事故造成的后果更為嚴(yán)重。水泵葉片的斷裂主要原因是水泵葉片剛強(qiáng)度不夠,在運(yùn)行時(shí)受到水流激振力引發(fā)的疲勞破壞或者共振引發(fā)的共振破壞。因此,采用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行水泵葉輪的結(jié)構(gòu)和振動(dòng)特性計(jì)算分析,對(duì)于改進(jìn)葉片設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)現(xiàn)水泵安全運(yùn)行具有十分重要的意義。本文以雙向軸流式水泵葉輪為研究對(duì)象,基于RNG k-ε紊流模型,應(yīng)用三維流體計(jì)算軟件CFX對(duì)雙向泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析,模擬得到不同工況下水泵的外特性曲線及葉片表面壓力場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上采用單向流固耦合方法利用Ansys Workbench平臺(tái)中Static Structural模塊對(duì)葉輪在不同工況水壓力作用下的應(yīng)力分布情況和總變形量進(jìn)行計(jì)算分析。另外,利用Ansys Workbench平臺(tái)中Modal模塊計(jì)算得到了雙向泵葉輪在空氣中的固有模態(tài)以及在受到水壓力及離心力作用下的預(yù)應(yīng)力模態(tài)。計(jì)算結(jié)果表明：葉輪最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在雙向泵葉片壓力面和支撐葉片的圓柄的進(jìn)水側(cè),葉片變形總位移隨著流量的減小而不斷增大,最大位移出現(xiàn)在葉片進(jìn)口側(cè)的輪緣附近。離心力和水壓力共同作用時(shí)會(huì)降低葉輪的固有頻率,但降低的幅度非常小；通過(guò)對(duì)原型泵葉輪受到水壓力和離心力時(shí)的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)振型與模型泵葉輪的振型相似,原型泵頻率變化倍數(shù)小于葉輪尺寸的變化倍數(shù),說(shuō)明水壓力對(duì)葉輪的固有頻率有影響。通過(guò)模型泵葉輪的模態(tài)分析可預(yù)測(cè)原型泵的性能參數(shù)。研究的成果可對(duì)雙向泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考意義。
【關(guān)鍵詞】：雙向泵 數(shù)值模擬 流固耦合 靜力分析 模態(tài)分析
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV675
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符號(hào)說(shuō)明7-11
• 1 緒論11-16
• 1.1 研究目的和意義11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況13-14
• 1.3 研究的主要內(nèi)容14
• 1.4 研究的主要方法14-16
• 2 計(jì)算方法及計(jì)算軟件簡(jiǎn)介16-20
• 2.1 有限單元法簡(jiǎn)介16-18
• 2.1.1 有限單元法基本原理及特點(diǎn)16
• 2.1.2 有限單元法的分析步驟16-18
• 2.2 計(jì)算軟件簡(jiǎn)介18-19
• 2.2.1 TurboGrid概述18
• 2.2.2 CFX概述18
• 2.2.3 ANSYS ICEM模塊18-19
• 2.2.4 Workbench仿真協(xié)同平臺(tái)19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 3 雙向泵葉輪水壓力計(jì)算20-30
• 3.1 概述20-22
• 3.1.1 控制方程20-21
• 3.1.2 紊流模型21-22
• 3.1.3 計(jì)算方程離散化方法22
• 3.2 計(jì)算模型22-24
• 3.3 計(jì)算步驟24-25
• 3.4 計(jì)算結(jié)果與分析25-29
• 3.5 本章小結(jié)29-30
• 4 基于流固耦合的雙向泵葉輪應(yīng)力分析30-44
• 4.1 概述30-32
• 4.1.1 流固耦合的彈性力學(xué)基礎(chǔ)30-31
• 4.1.2 靜力分析有限元方程31
• 4.1.3 耦合場(chǎng)分析的實(shí)現(xiàn)方法31-32
• 4.2 葉輪網(wǎng)格模型32-34
• 4.3 葉輪荷載施加34
• 4.3.1 荷載的類型34
• 4.4 計(jì)算結(jié)果與分析34-40
• 4.5 雙向泵葉輪應(yīng)力分析實(shí)例40-43
• 4.6 本章小結(jié)43-44
• 5 基于有限元的雙向泵葉輪結(jié)構(gòu)模態(tài)分析44-59
• 5.1 概述44-48
• 5.1.1 振動(dòng)基本物理參數(shù)45
• 5.1.2 模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)45-48
• 5.2 固有模態(tài)分析48-53
• 5.2.1 計(jì)算結(jié)果48-50
• 5.2.2 結(jié)果分析50-51
• 5.2.3 固有模態(tài)測(cè)試51-53
• 5.3 預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析53-56
• 5.3.1 計(jì)算結(jié)果與分析54-56
• 5.4 比尺對(duì)葉輪固有模態(tài)的影響56-58
• 5.5 本章小結(jié)58-59
• 6 結(jié)論與展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 致謝63-64

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 陳朝輝;畢玉華;申立中;沈穎剛;顏文勝;雷基林;;渦輪增壓器壓氣機(jī)葉片模態(tài)特性分析[J];拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車;2006年04期

2 鄭小波;羅興琦;鄔海軍;;軸流式葉片的流固耦合振動(dòng)特性分析[J];西安理工大學(xué)學(xué)報(bào);2005年04期

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本文編號(hào)：867966