基于流固耦合的多级冲压泵转子部件强度和模态分析

为保证冲压泵的运行稳定性和安全性,采用单向流固耦合方法,计算并分析了某型号多级冲压泵的转子部件在各种工况下的等效应力、变形量分布及模态。对泵内部三维湍流流场进行定常计算,获得泵内的流动参数分布;进而将流动载荷施加到泵的过流部件表面,采用有限元分析方法对泵叶轮进行强度校核,并对整个转子部件进行模态分析。研究发现叶轮上的最大等效应力出现在轮毂处,最大变形量则出现在叶片外缘处,且最大等效应力和最大变形量随级数的增加而减小;随着流量的增大,叶轮所受的最大等效应力逐渐减小,但最大变形量却逐渐增加。研究成果可为冲压泵的优化设计提供参考。     

轴流式混输泵叶片载荷分布特性研究

为了研究气液两相条件下多级轴流式油气混输泵的叶轮叶片载荷分布特性,选用标准κ-ε湍流模型,利用CFD软件探讨了不同工况下轴流式混输泵叶轮叶片压力载荷随含气率及流量变化的规律,并分析了混输泵叶轮内进行能量转化的主要部位。结果表明,当流量一定时,随着含气率的升高,混输泵叶轮叶片工作面和吸力面压力载荷逐渐升高,且小流量工况下叶片压力载荷受含气率变化的影响程度要大于大流量工况;混输泵叶轮前半段在靠近轮毂处的能量转化能力较差,靠近轮缘处的能量转化能力较强,且叶轮前1/3段能量转化能力明显高于叶轮其他段,即混输泵内进行能量转化的主要部位是叶轮前1/3段。     

油气混输泵压缩级内湍流强度及湍流耗散特性分析

为了研究气液两相条件下油气混输泵压缩级内湍流强度和湍流耗散的分布规律,本文以螺旋轴流式油气混输泵为研究对象,采用CFD软件进行数值计算,得到从10%到70%含气率条件下油气混输泵压缩级内的湍流强度和湍流耗散特性。研究表明:气体越集中的位置也是介质流动越不均匀的位置;级间动静干涉作用、流动的不均匀性以及较大旋涡的出现均会导致湍流强度和湍流耗散程度的增加,且在压缩级内随着含气率的增加,湍流强度最大值先减小再增加,且低含气率下湍流强度最大值最大;油气混输泵压缩级内水力损失较大的区域主要集中在级间和导叶内以及叶轮进口区域。     

气液两相条件下离心泵叶轮受力分析

为了研究气液两相混输条件下离心泵叶轮做功原理及能量转换机理,基于欧拉双流体模型,以水和空气为工作介质,在不同初始含气率工况下,利用数值模拟软件CFX对离心泵内流场进行数值计算。结果表明:叶轮流道内气相主要分布在叶片背面及出口边附近;随着初始含气率的增加,气相将在叶片背面形成较为稳定的气泡团,出现严重的相态分离,造成叶轮内出现严重的漩涡、二次流和气塞现象,使离心泵水力损失增加,扬程急剧下降;叶片受到的动反力也逐渐降低,引起叶轮轴向力的加大;同时,含气率的升高加剧了叶轮周向上的不均匀流动,破坏了叶轮径向力的周期性变化。     

颗粒体积分数对天然气水合物多相混输泵内流特性的影响

为研究颗粒体积分数对天然气水合物多相混输泵内流特性的影响,基于ANSYS CFX软件采用非均相模型和particle模型,选用甲烷水合物颗粒体积分数为5%、10%、15%和20%的海水为介质,对多相混输泵流场进行数值模拟。结果表明：当颗粒体积分数较低时多相混输泵叶轮和导叶内旋涡较小,但随着颗粒体积分数的增加多相混输泵叶轮和导叶内轴向旋涡逐渐增大;在叶轮流道内颗粒分布较为均匀,而随着颗粒体积分数的增加,导叶内较大的旋涡影响导致颗粒在导叶内出现明显的聚集现象,在导叶叶片表面颗粒主要聚集在吸力面前半部分,其分布区域远大于压力面,即导叶吸力面更易受到磨损;随着颗粒体积分数的增加,多相混输泵的扬程和效率均逐渐降低。     

空化对多相混输泵内流动特性的影响

为揭示螺旋轴流式多相混输泵的空化性能及不同空化阶段下多相混输泵性能的变化规律,基于标准κ-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对螺旋轴流式多相混输泵空化性能进行数值模拟,分析不同空化阶段空泡的发展对流速和压力分布的影响,揭示空化现象造成泵扬程下降的主要原因。结果表明,在螺旋轴流式多相混输泵内,在空化初生阶段,空泡主要集中在叶片吸力面进口处,随着空化余量的减小,空泡沿叶片吸力面流线方向逐渐延伸,当空化余量为0.8m时,空泡同时出现在压力面和吸力面上;当空化发展到压力面时,易导致混输泵的做功能力急剧下降;空泡体积分数越大,空泡末端区域的压力梯度变化就越大,会造成边界层分离和回流现象,加速空化的发展;空化会干扰叶轮内部流体的流动,使得空化区域流体的流速变化较大,从而导致流动的稳定性变差。研究结果可为多相混输泵性能的改善提供参考。     

基于流固耦合的轴流泵叶轮强度分析

对某泵站卧式双向全调节轴流泵在正向抽水工况时各个转角下的叶轮强度进行了单向流固耦合计算,首先将CFD计算得到的叶片表面水压力作为结构面载荷加载到叶片上,再利用有限元软件ANSYS计算叶轮的强度,得到了各个工况下叶轮的静应力分布及变形情况。结果表明,在各叶片安放角下,叶轮静应力最大值随着扬程的升高而增大,且均出现在叶片与轮毂的结合处,应力集中易使此处产生疲劳破坏;最大变形量出现在叶片进水边靠近轮缘位置;静应力的最大值远小于叶轮材料的屈服强度,不足以使叶轮产生裂纹。     

多工况条件下斜流泵叶轮的强度分析

本研究通过选取0.4Q_d、0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d、1.6Q_d七个不同流量工况点,分别对斜流泵内部流场进行CFD(计算流体力学)仿真分析,结果显示叶轮承受的总压沿径向呈梯度分布,在叶轮进口处压力较小,出口处压力较大。通过流固耦合方法进行叶轮强度的数值计算,分析结果显示:不同流量工况下,叶轮变形量沿径向呈梯度增加,其最大变形量位于叶轮前盖板出口边缘,且等效应力集中点均主要集中于叶轮进口叶片与后盖板连接处。研究结果可为斜流泵叶轮结构设计和强度优化提供参考。     

高温熔盐泵关键部件结构特性分析

为研究熔盐泵在不同温度下叶轮和导叶结构特性变化,采用流固热耦合方法对不同温度下熔盐泵结构进行分析.分析结果显示:叶轮叶片进口和导叶叶片出口存在应力集中现象,叶轮前后口环根部配合位置和叶轮口环上的应力圆周分布均出现周期分布.叶轮叶片和导叶叶片与盖板交线的变形规律性比较明显,叶轮叶片与盖板交线的变形量自进口至出口先小幅度降...     

基于ANSYS的旋喷泵叶轮流固耦合分析

为获得旋喷泵叶轮在设计工况下的等效应力及变形分布情况,基于FSI原理对旋喷泵叶轮进行了结构分析。采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合原理对旋喷泵叶轮结构进行了仿真计算,同时对单独施加离心力载荷或流场压力载荷的旋喷泵叶轮应力与变形分布情况进行了仿真。结果表明,在设计工况下叶轮应力分布不均且在局部区域存在应力集中现象;叶轮变形随半径的增大而增大,并在叶轮边缘达到最大值0.095 887 mm;离心力惯性载荷是影响叶轮应力与变形分布主要因素。     

基于流固耦合的化容补水泵性能分析

设计3组化容补水泵模型,运用Pro/E建立三维模型,由CFD软件仿真,并对水力模型进行试验,对比试验与仿真结果,获取最优模型。通过ANSYS Workbench建立CFD与Static Structural(静力学)和Modal(模态)连接,对最优模型进行分析,以泵三维定常数值计算结果为基础,利用顺序耦合技术,对固体和流体域进行迭代,分析叶轮的静态应力和振型。结果表明,在水压力作用下叶片变形最大位移发生在叶片出水边靠近叶片边缘处,由平衡孔作用,叶片的等效应力相对均匀较小,叶轮轮毂处因叶轮前后面压差作用,等效应力较大。设计工况下,叶轮轮毂变形对振型的影响明显。     

基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究

以某型离心式压气机叶轮为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行单向流固耦合数值模拟。在综合考虑热载荷对叶轮叶片应力应变影响的前提下,建立叶轮单流道的三维流场模型,得到额定转速下压气机叶轮内部流场应力分布。将离心力、气动力和热载荷施加到叶片上,最终得到在离心力、气动力和热载荷三者共同作用下的叶片应力分布和叶片最大变形量。结果显示:相比仅考虑离心力和气动力影响的情况,在施加热载荷后,叶片最大应力增加7.62%,最大变形量增加24.69%。     

考虑气体压缩性的液力透平内气液两相流场分析

为研究在气液两相条件下液力透平内部的流动规律,选择比转速为55.7的单级单吸离心泵反转作液力透平(Pumps as Turbines,PAT),在考虑气体可压缩的基础上对该模型在不同流量、不同含气率下进行数值计算。分析含气率对液力透平外特性和液力透平各过流部件内流场的影响规律,总结不同工况下液力透平内气液两相流动规律。研究发现:随着含气率的增大,液力透平的效率和功率逐渐减小、扬程逐渐增加,气体的存在对液力透平效率影响较大;液力透平叶片进口有明显的旋涡,随着流量和含气率的增大,混合介质的相对速度均增加;含气率从液力透平进口到出口逐渐增大,叶片背面的含气率要比工作面大,过流部件内的气体分布不对称,随着含气率的变大,气体分布的均匀性变差。     

基于EDEM-Fluent耦合的离心泵内过流部分的磨损特性研究

运用EDEM-Fluent软件,采用连续流体介质与固体颗粒离散元耦合计算方法,在同样的泵入口颗粒浓度下模拟计算了0.7Q_d、1.0Q_d和1.3Q_d3种工况的离心泵内固液两相流场。通过引入Archard磨损模型,计算得到叶轮叶片头部、叶片尾端、叶片工作面、叶片背面、叶轮前盖板、叶轮后盖板和蜗壳等过流部分的磨损量和磨损规律。结果表明:蜗壳的磨损量约占泵内总磨损量的70%;叶轮内的磨损集中在叶片前缘、工作面尾部与后盖板交界以及背面后半段与前盖板交界处;小流量工况下,叶轮前盖板磨损量较大,随着流量增大,叶轮叶片工作面和后盖板磨损增加显著。     

基于流固耦合的斜流泵空间导叶多工况强度分析

空间导叶作为斜流泵的主要过流部件,对改善叶轮出口流场具有重要的意义,探究其内部流动以及与固体之间的相互作用尤为必要。通过对0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d和1.4Q_d5个不同流量工况点进行CFD仿真及流固耦合计算分析,结果显示空间导叶承受的总压随着流量的增加逐渐减小,空间导叶与上下盖板连接位置承受压力较大;随着流量的增加,空间导叶最大应力值和变形量均减小,其所承受应力主要集中于上盖板进口边以及导叶与上下盖板连接处,在上盖板两导叶叶片中间位置变形较为明显。研究结果可为斜流泵空间导叶结构设计和强度优化提供参考。     

基于流固耦合的离心风机叶轮动力特性分析

采用数值计算软件CFX和Ansys对离心风机叶轮进行了流固耦合模拟研究,对叶轮的强度、模态和振动特性进行了计算和分析.结果表明:考虑流固耦合作用后,风机的气动性能几乎没有变化,但是叶轮最大总变形量减小2.5％,最大等效应力增大3.6％;考虑预应力效应后,叶轮的固有频率提高,且不同阶次条件下的提高幅度不同;在稳定运行工况下,叶轮周围气流压力的主要脉动频率与叶片通过频率相同;叶轮的固有频率部分落入局部共振区域,该区域的等效应力远小于叶轮材料的疲劳极限,不会导致叶轮疲劳破坏.     

基于有限元大型竖井贯流泵轴系强度及稳定性分析

为研究南水北调东线某大型竖井贯流泵装置设计方案轴系结构的稳定性,借助Ansys Workbench多物理场计算平台,基于CFD数值模拟和FEM有限元计算,对泵装置三维内部流场及轴系结构场进行了联合求解,研究了不同工况下贯流泵装置轴系的静力学特性。结果表明,随着扬程的增加,叶片两侧压差、轴系最大等效应力及最大位移增大,轴系最大应力集中位置由轴承与泵轴连接处变化到叶片与轮毂连接处,总变形沿轮毂到轮缘方向逐渐变大,其中叶轮轴系在设计扬程下最大等效应力为66.411 MPa,最大位移1.667 3 mm;对比泵轴直径、长度、支撑位置等变量参数发现,轴的直径是影响贯流泵装置轴系强度稳定性的主要影响指标,随着最大等效应力和最大位移值随泵轴直径增大1.1倍,分别减小了28.42%、34.86%;泵轴最优直径为0.346 5 m,推力轴承与泵轴连接处疲劳安全系数2.214 9为最小值,满足安全稳定的要求,对推力轴承与泵轴连接处和叶片与轮毂连接处进行加厚处理有利于提升机组稳定性。研究结果可为贯流泵装置水力设计和轴系强度分析提供参考。     

多种载荷下超临界二氧化碳向心透平变形及应力研究

基于超临界二氧化碳(SCO2)工质的动力循环系统是目前先进动力系统的研究热点和发展方向，向心 透平作为SCO2动力循环中的核心部件，其运行的安全性至关重要。本文采用热流固耦合分析方法，对一SCO2 向心透平叶轮进行了强度特性分析，得到了多种载荷对于叶轮变形和应力分布的影响。结果表明:温度 载荷对于变形大小占据主导地位，气动载荷及离心力载荷对变形影响较小，全部载荷工况下叶轮最大总位移 为2.421 mm，位于叶轮轮盘外径处;离心力载荷对等效应力贡献最大，温度载荷导致叶轮叶片根部前缘圆角 处的应力集中，气动载荷对叶轮等效应力贡献较小，全部载荷工况下叶轮最大等效应力为267.91 MPa，位于 叶轮轮背凸台段过渡圆弧处 。     

固相颗粒对离心泵内部流场影响的数值分析

为研究颗粒的粒径及体积分数变化对离心泵内部流场的影响,采用ANSYS软件对离心泵进行固液两相流数值模拟分析。研究粒径变化对叶轮流道内固相体积分数分布的影响,分析粒径、体积分数变化对全流道压力的影响。结果表明:在设计流量工况下,随着粒径的增大,叶轮流道内固相体积分数整体呈减小趋势,在叶片压力面进口处固相体积分数最大,且固相颗粒逐渐由叶片吸力面偏向压力面;随着粒径、体积分数的增加,扬程降低,进口负压值增大,泵发生气蚀的可能性增加,在出口处压力降低。     

三级轴流式油气混输泵内流场压力脉动特性

为研究轴流式油气混输泵含气工况级间相互影响以及流道内压力脉动特性,应用Fluent软件数值模拟了三级油气混输泵在设计流量下的全流场瞬态,获得了混输泵内两相运动特征和流动部件内压力脉动情况,并分析了压力脉动时域和频域。结果表明,动静干涉是产生静压波动的主要因素,静压波动均值从入口到出口逐渐增大,级内动静交界处耦合作用较小,级间动静交界处耦合作用则较为明显。各级压缩单元叶轮进口均为脉动最剧烈的地方,距离叶轮进口越远,压力脉动幅值越小,在叶轮出口达到最小。在压缩单元内,流动方向的压力脉动主频幅值逐渐降低。首级叶轮出口、二级叶轮中间和出口以及末级叶轮中间位置压力脉动频率主要为2倍叶频,其他监测点压力脉动频率均为1倍叶频。气相对压力脉动频率影响较小,仅影响幅值。研究结果可为混输泵的结构优化设计及流动诱导振动控制提供参考。