双向泵叶片应力与模态分析

发布时间：2017-09-17 07:09

  本文关键词：双向泵叶片应力与模态分析

  更多相关文章： 双向泵 数值模拟 流固耦合 静力分析 模态分析

【摘要】：在我国,长江中下游地区沿江低洼地带的泵站大都具有扬程低流量大等特点,因此轴流泵应用十分广泛。其中大多数泵站需要双向抽水功能,使用双向对称翼型叶片的轴流泵,直接反转机组就可以实现反向抽水,并且能够兼顾正反向性能,因此成为低扬程双向泵站设计方案的优选泵型。但是近年来,在泵站运行过程中偶尔会发生水泵叶片出现裂纹甚至断裂的事故,给国民经济带来了不必要的损失。特别对于大型泵站来讲,事故造成的后果更为严重。水泵叶片的断裂主要原因是水泵叶片刚强度不够,在运行时受到水流激振力引发的疲劳破坏或者共振引发的共振破坏。因此,采用数值模拟技术进行水泵叶轮的结构和振动特性计算分析,对于改进叶片设计参数、实现水泵安全运行具有十分重要的意义。本文以双向轴流式水泵叶轮为研究对象,基于RNG k-ε紊流模型,应用三维流体计算软件CFX对双向泵内部流场进行数值分析,模拟得到不同工况下水泵的外特性曲线及叶片表面压力场。在此基础上采用单向流固耦合方法利用Ansys Workbench平台中Static Structural模块对叶轮在不同工况水压力作用下的应力分布情况和总变形量进行计算分析。另外,利用Ansys Workbench平台中Modal模块计算得到了双向泵叶轮在空气中的固有模态以及在受到水压力及离心力作用下的预应力模态。计算结果表明：叶轮最大等效应力出现在双向泵叶片压力面和支撑叶片的圆柄的进水侧,叶片变形总位移随着流量的减小而不断增大,最大位移出现在叶片进口侧的轮缘附近。离心力和水压力共同作用时会降低叶轮的固有频率,但降低的幅度非常小；通过对原型泵叶轮受到水压力和离心力时的预应力模态分析,发现振型与模型泵叶轮的振型相似,原型泵频率变化倍数小于叶轮尺寸的变化倍数,说明水压力对叶轮的固有频率有影响。通过模型泵叶轮的模态分析可预测原型泵的性能参数。研究的成果可对双向泵叶轮的优化设计提供一定的参考意义。
【关键词】：双向泵 数值模拟 流固耦合 静力分析 模态分析
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV675
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符号说明7-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 研究目的和意义11-13
• 1.2 国内外研究概况13-14
• 1.3 研究的主要内容14
• 1.4 研究的主要方法14-16
• 2 计算方法及计算软件简介16-20
• 2.1 有限单元法简介16-18
• 2.1.1 有限单元法基本原理及特点16
• 2.1.2 有限单元法的分析步骤16-18
• 2.2 计算软件简介18-19
• 2.2.1 TurboGrid概述18
• 2.2.2 CFX概述18
• 2.2.3 ANSYS ICEM模块18-19
• 2.2.4 Workbench仿真协同平台19
• 2.3 本章小结19-20
• 3 双向泵叶轮水压力计算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 计算方程离散化方法22
• 3.2 计算模型22-24
• 3.3 计算步骤24-25
• 3.4 计算结果与分析25-29
• 3.5 本章小结29-30
• 4 基于流固耦合的双向泵叶轮应力分析30-44
• 4.1 概述30-32
• 4.1.1 流固耦合的弹性力学基础30-31
• 4.1.2 静力分析有限元方程31
• 4.1.3 耦合场分析的实现方法31-32
• 4.2 叶轮网格模型32-34
• 4.3 叶轮荷载施加34
• 4.3.1 荷载的类型34
• 4.4 计算结果与分析34-40
• 4.5 双向泵叶轮应力分析实例40-43
• 4.6 本章小结43-44
• 5 基于有限元的双向泵叶轮结构模态分析44-59
• 5.1 概述44-48
• 5.1.1 振动基本物理参数45
• 5.1.2 模态分析的理论基础45-48
• 5.2 固有模态分析48-53
• 5.2.1 计算结果48-50
• 5.2.2 结果分析50-51
• 5.2.3 固有模态测试51-53
• 5.3 预应力模态分析53-56
• 5.3.1 计算结果与分析54-56
• 5.4 比尺对叶轮固有模态的影响56-58
• 5.5 本章小结58-59
• 6 结论与展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈朝辉;毕玉华;申立中;沈颖刚;颜文胜;雷基林;;涡轮增压器压气机叶片模态特性分析[J];拖拉机与农用运输车;2006年04期

2 郑小波;罗兴琦;邬海军;;轴流式叶片的流固耦合振动特性分析[J];西安理工大学学报;2005年04期

，

本文编号：867966