基于流固耦合的軸流泵葉輪振動特性分析.pdf

1、軸流泵屬于大流量、低揚程泵,在農(nóng)田排灌、市政給排水、調(diào)水工程、電廠循環(huán)水工程等方面有著廣泛的應用。葉輪是軸流泵進行能量轉換的關鍵部件,它的安全可靠性直接影響到泵站能否穩(wěn)定運行。所以,對軸流泵葉輪進行基于流固耦合的振動特性分析對軸流泵葉輪的優(yōu)化設計及穩(wěn)定運行有著非常重要的理論意義和工程實際意義。本文在國家自然基金“軸流泵轉輪和導葉非定常相干機理及其誘導壓力脈動的研究(51079063)”資助下,對ZBM791-1000型軸流泵內(nèi)部流場和葉

2、輪結構進行了雙向交替流固耦合聯(lián)合求解,對軸流泵葉輪進行了模態(tài)分析。主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:
　　 1.使用流場計算軟件CFX,分別采用Standκ-ε、RNGκ-ε和κ-ε三種湍流模型對軸流泵內(nèi)部流場進行了定常數(shù)值模擬,結果顯示由Standκ-ε模型計算出來的結果與試驗值更為接近。分析了由Standκ-ε模型計算得出的葉輪葉片表面壓力、表面相對速度及軸流泵內(nèi)流線分布。
　　 2.分析了流固耦合作用下軸流泵葉輪的應力

3、和變形情況。結果發(fā)現(xiàn),流固耦合作用下軸流泵葉輪的最大位移發(fā)生在葉輪葉片進水邊輪緣處,葉片出水邊及輪轂處位移較小;葉片根部與輪轂接觸處靠近進水邊一側存在明顯的應力集中現(xiàn)象;葉輪的應力和變形均隨著軸流泵流量的增加而逐漸減小;葉輪最大等效應力呈周期性變化。
　　 3.對軸流泵葉輪進出口橫截面進行壓力脈動特性分析。結果顯示:葉輪進出口處壓力脈動幅值均從輪轂到輪緣逐漸增大,且主頻均為葉輪葉片通過頻率;在葉輪進口處,振動幅值隨著流量的增大而

4、減小;葉輪出口處,設計工況下振動幅值最小,偏離設計工況越大,振動幅值越大。
　　 4.考慮流固耦合作用后,軸流泵的效率和揚程均有所下降,而軸向力有所增加,但是變化幅度均較小。另外,軸流泵葉輪工作面與背面壓差有所減小,說明流固耦合作用使得軸流泵葉輪性能有所下降。
　　 5.分析了軸流泵葉輪在空氣中的振動特性,以及離心力作用對軸流泵葉輪振動頻率的影響。發(fā)現(xiàn)離心力對軸流泵葉輪固有頻率的影響非常小,可以忽略不計。通過對部分水力激