基于流固耦合的低比转速离心泵流动诱导振动研究

发布时间：2017-10-11 12:48

  本文关键词：基于流固耦合的低比转速离心泵流动诱导振动研究

  更多相关文章： 低比转速 流固耦合 径向力 模态分析 数值模拟

【摘要】：低比转速离心泵具有高扬程小流量的特点,在航空、化工等领域起着重要的作用。由于扬程高,离心泵运行过程中经常出现振动问题,严重时会损坏整个泵系统。而离心泵内部的非定常流体激振力是引起泵振动的重要原因之一,因此研究离心泵内流动诱导振动很有必要。本文基于N-S方程和SST k-ω湍流模型对模型泵进行了定常与非定常数值模拟,重点研究了离心泵内非定常流体激振力,采用单向流固耦合的方法对离心泵的叶轮和转子结构进行了结构静力学和模态分析,同时对模型泵进行了外特性与振动的试验研究。论文主要研究内容如下:(1)采用三维建模软件Pro/E建立了离心泵内全流场的三维模型,导入ICEM-CFD进行边界和实体定义,进行了非结构网格划分。(2)基于N-S方程和SST k-ω湍流模型对模型泵进行了定常和非定常数值模拟,针对离心泵内非定常流动进行分析,对模型泵蜗舌处的压力脉动以及作用在蜗壳和叶轮上的径向力进行了分析。蜗舌附近的压力脉动与叶片与蜗舌的相对位置有着密切的联系,叶片刚好扫掠蜗舌时,蜗舌附近静压值达到最大;作用在蜗壳和叶轮上的径向力与流量有着明显的关系,蜗壳径向力受动静干涉作用影响明显。(3)基于单向流固耦合对离心泵的转子部件进行静力学结构分析,在不考虑阻尼和惯性作用前提下,计算介质的流体力作用于叶轮结构上产生的应力、应变和位移,对离心泵叶轮进行强度分析;并在考虑流体作用力下对离心泵转子结构进行模态分析,分析其振动特性。(4)通过对模型泵的外特性进行试验研究,获得模型泵H-Q、η-Q外特性曲线;并对模型泵进行了振动试验,分析了泵轴在运行过程中的振动特性,并与数值计算的结果进行了对比分析。
【关键词】：低比转速 流固耦合 径向力 模态分析 数值模拟
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 离心泵内的非定常流动特性研究11-13
• 1.2.2 水力激振流固耦合特性研究现状13-16
• 1.2.3 小结16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 离心泵流固耦合数值计算及试验方法18-37
• 2.1 离心泵流固耦合数值计算方法18-31
• 2.1.1 离心泵的三维模型及网格划分18-23
• 2.1.2 流场计算控制方程23-26
• 2.1.3 离心泵静力分析的理论基础26-28
• 2.1.4 离心泵模态分析方法28-29
• 2.1.5 流场求解及耦合求解设置29-31
• 2.2 离心泵试验的系统和方法31-35
• 2.2.1 性能试验的系统组成和方法31-34
• 2.2.2 振动试验传感器和测试方法34-35
• 2.3 小结35-37
• 第三章 低比转速离心泵径向流体激振力分析及验证37-54
• 3.1 离心泵内非定常流场分析37-49
• 3.1.1 压力脉动分析38-43
• 3.1.2 离心泵内部径向流体力分析43-49
• 3.2 数值模拟计算和试验性能结果对比49-51
• 3.3 离心泵转子振动试验结果及分析51-52
• 3.4 小结52-54
• 第四章 基于流固耦合的离心泵叶轮结构场分析54-62
• 4.1 叶轮结构静应力分析54-57
• 4.1.1 应力分析55-56
• 4.1.2 应变分析56-57
• 4.2 转子结构模态分析57-61
• 4.2.1 模态提取的方法57-58
• 4.2.2 模态结果分析58-61
• 4.3 小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 全文总结62-63
• 5.2 工作展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间的研究成果69

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本文编号：1012632