轴流泵流固耦合的数值仿真研究

发布时间：2017-12-01 12:06

  本文关键词：轴流泵流固耦合的数值仿真研究

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【摘要】：轴流泵被农田灌溉、给排水工程等广泛采用，具有大流量、低扬程的特点。随着国民经济的发展，根据轴流泵的特点，将在国家一些大型的工程如南水北调工程中大量采用。故对轴流泵的结构特性的研究具有重要的理论意义。本文以某型号轴流泵为研究对象，采用FLUENT和ANSYS Workbench协调仿真的方法，基于FLUENT软件中的多重坐标参考系模型、N—S控制方程、simple算法以及标准κ—ε湍流模型对轴流泵全流道进行数值模拟,并依据流体力学和弹性力学建立流-固耦合有限元方程。通过Workbench中的数据传输技术，对轴流泵叶轮进行流-固耦合计算。 本文采用三维建模软件UG对轴流泵的实体模型和流体模型进行三维建模，并将三维流体模型导入FLUENT前处理软件Gambit中对其进行前处理。通过ANSYS Workbench中的FLUENT模块，对经过前处理的文件进行流场数值模拟，获得流场压力的分布情况。利用Workbench中的耦合技术，将流场压力输送到静力分析模块以及模态分析模块对轴流泵叶轮实体模型进行流固耦合求解，获得叶轮的应力分布以及各阶频率和振型。通过分析求解结果得到结论如下： 1、轴流泵全流道的流场压力从入口到出口逐渐升高，主要工作部件叶轮的工作面压力高于背面压力，且在叶轮叶片的背面靠近入水边出现了明显的低压区，故在此区域由于压力的减小容易出现汽蚀现象。通过比较不同流量工况下的轴流泵流场压力分布，发现流量对压力分布的位置以及大小均有一定的影响但是影响较小。 2、从静力结构分析结果知，在叶片与轮毂连接处出现应力集中，且最大应力也出现在该位置,而最大变形则是出现在叶片出水边的外缘处。 3、通过对叶轮进行模态分析知，离心力将引起叶轮的扭转变形，对频率有显著影响，而流场压力对频率影响不明显。从各阶振型图可以看出，叶轮在不同频率下，振动形式不同，且振动情况随着频率的增加越来越复杂。为了避免共振而出现结构破坏，，应该尽量避开在固有频率下工作。 通过采用流固耦合方法对轴流泵的结构特性进行分析，了解了轴流泵内部的流场压力分布以及叶轮的应力分布和固有频率。为轴流泵以后的设计提供了理论依据。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH312

【参考文献】

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本文编号：1241028