某动力系统耐流体冲击的理论模拟及试验研究

发布时间：2017-08-17 14:25

  本文关键词：某动力系统耐流体冲击的理论模拟及试验研究

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【摘要】：离心泵是输送液体能量的水利机械，广泛应用于国民经济各个部门。某型电解液循环离心泵应用于某动力系统，随动力系统启动进行工作的瞬间将承受高压射流冲击力，该离心泵能否在冲击后保持结构完好是动力系统能否正常工作的关键所在，本文将对该高压射流冲击的影响进行理论、数值模拟及试验研究。 针对研究对象的实际工况条件，基于流体力学动量原理，，对离心泵叶轮耐高速射流冲击进行力学模型简化，计算射流冲击力。基于材料力学和弹性力学，对叶轮进行受力分析模型简化，计算应力并进行强度校核。 根据某型电液循环离心泵水力设计数据及剪裁图，利用Pro/Engineer wildfire4.0进行离心泵叶轮的三维造型；利用ANSYSWorkbench12的DesignModeler模块与Pro/Engineer wildfire4.0的接口功能，实现离心泵叶轮三维模型导入ANSYS Workbench12，并对模型进行相关必要处理以便进行流固耦合的数值模拟分析；基于ANSYSWorkbench12创建叶轮的流固耦合分析项目，先利用Fluid Flow（FLUENT）对叶轮内部三维流场进行定常湍流流动计算，得到速度、压力分布规律，并将压力导入Static Structural（ANSYS）进行静力分析并校核叶轮强度，实现单向流固耦合分析。 针对研究对象的实际工况条件，研制动力系统（离心泵为其重要内部机构）耐高速射流冲击的试验装置，包括试验装置的方案确定、试验装置中试压罐的设计、试压罐充水体积计算、试验装置工程图样绘制及试验方案的具体实施。通过真实的试验来验证理论及数值模拟计算的可靠性。 本文的理论、数值模拟及试验研究成果具有一定代表性，为类似叶轮机械的强度校核以及类似系统进行冲击试验提供了指导，具有较大的工程应用价值。
【关键词】：动力系统 离心泵 射流冲击 流固耦合 试验装置
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外旋转叶轮机械流场及强度分析研究现状12-16
• 1.3 蓄能器运用简介16-17
• 1.4 主要研究内容17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 理论基础与数值模拟开发环境19-33
• 2.1 离心泵部件及工作原理19-21
• 2.1.1 离心泵过流部件及结构部件19-20
• 2.1.2 离心泵工作原理20
• 2.1.3 离心泵的主要工作参数20-21
• 2.2 流体力学基本概念21-25
• 2.2.1 连续介质假设21
• 2.2.2 描述流体运动的两种方法21-25
• 2.3 流体动力学分析基础25-28
• 2.3.1 CFD 计算理论基本控制方程25-27
• 2.3.2 湍流模型27-28
• 2.4 流固耦合概述28-30
• 2.4.1 流固耦合原理28-29
• 2.4.2 流固耦合分类29-30
• 2.5 数值模拟开发平台30-32
• 2.5.1 Pro/Engineer WF 4.0 简介30
• 2.5.2 ANSYS Workbench12 概述30-31
• 2.5.3 DesignModeler 与外部 CAD 软件31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 电解液离心泵耐高压流体冲击理论计算及强度校核33-45
• 3.1 离心泵工作条件33
• 3.2 离心泵叶轮叶片材料选择33-34
• 3.3 射流冲击载荷的计算模型34-35
• 3.4 射流冲击理论计算35-43
• 3.4.1 射流冲击速度计算35-37
• 3.4.2 射流冲击力及应力分析计算37-43
• 3.5 射流冲击叶轮计算实例43-44
• 3.5.1 射流冲击载荷计算43-44
• 3.5.2 叶轮强度校核44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 离心泵叶轮内部三维流场数值模拟45-65
• 4.1 单向流固耦合仿真环境的建立45
• 4.2 叶轮内部流体域建模与网格划分45-51
• 4.2.1 叶轮三维实体模型建立45-47
• 4.2.2 叶轮内部流体域的建立47-49
• 4.2.3 叶轮内部流体域实体模型网格划分49-51
• 4.2.4 叶轮内部流体域网格检查51
• 4.3 FLUENT 数值模拟求解设定51-53
• 4.3.1 边界条件设置51-53
• 4.3.2 湍流模型和求解方法53
• 4.4 数值模拟结果及分析53-63
• 4.4.1 耦合面速度场分析54-57
• 4.4.2 耦合面压力场分析57-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 基于 Workbench 12 流固耦合的离心泵叶轮应力分析65-75
• 5.1 线性静力分析基础65
• 5.2 叶轮模型网格划分65-66
• 5.3 流体作用载荷导入66-70
• 5.4 静力分析求解及强度校核70-74
• 5.4.1 静力分析求解设置70
• 5.4.2 叶轮强度校核70-73
• 5.4.3 叶轮变形分析73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第6章 离心泵耐高压流体冲击试验研究75-85
• 6.1 动力装置耐冲击模拟试验系统装置图75-77
• 6.2 蓄能器参数确定77-82
• 6.2.1 蓄能器罐体尺寸参数78
• 6.2.2 动力装置壳体注水容积及注水后壳体内空气压力78-79
• 6.2.3 蓄能器罐体充气容积79-81
• 6.2.4 罐体充水容积81
• 6.2.5 蓄能器罐体内充水液位的确定81-82
• 6.3 试验方法82-83
• 6.4 试验结论83
• 6.5 本章小结83-85
• 第7章 总结与展望85-87
• 7.1 本文研究总结85-86
• 7.2 研究展望86-87
• 参考文献87-93
• 攻读硕士期间已发表论文93-95
• 致谢95

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本文编号：689508