基于流固耦合方法的斜流泵叶轮强度分析.pdf

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1、2012年第40卷第12期流体机械19文章编号：1005一0329(2012)12—0019一04基于流固耦合方法的斜流泵叶轮强度分析李伟，施卫东，张德胜。曹卫东，李通通(江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212013)摘要：叶轮作为斜流泵的核心关键部件，其安全性和稳定性对泵机组的稳定运行和使用效率有较大影响。本文基于cFx软件，选用标准k—s模型，采用sIMPLEc算法对斜流泵内部流动进行三维数值模拟。将流场的计算结果作为已知条件导入ANSYSworkbench界面，采用单向流固耦合方法对叶轮耦合系统进行仿真计算。研究结果表明，

2、数值模拟采用的网格类型、湍流模型能够较为准确地计算斜流泵的内部流动特性。叶轮叶片最大应力出现在叶片的中部区域，最大等效应力值为53．24MPa，远小于材料的疲劳极限；最大的变形发生在叶片外缘处，整体变形在许用范围之内；流体作用力是影响叶轮强度的主要因素。关键词：斜流泵；叶片；流固耦合；等效应力中图分类号：TH3；Tvl3l文献标识码：Adio：10．3969／j．issn．1005—0329．2叭2．12．005St他ng恤Analysis伽hIlpeuerofM奴ednowP衄1pBased蚰Ⅱ舱nllid-structlll他lllt

3、er舵6伽Me恤odLIWei，SHIWei·dong，ZHANGDe—sheng，CAOWei-dong，UTong—tong(ResearchCenterofFluidMachineryEn舀neeringandTechnology，Ji粕gsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abs切Hct：Thesecurityandstabilityofimpellerwhichisthecoreoftllekeycomponentsofthemixednowpumpbecomet}Ieim—factorswid

4、l彻impactontIlestableoperation锄demcientoftlleunit．net11ree—dimensionalnow6eldinIIlixed’portantpumpnowpumpwerenumericallysimulatedb鹊edonCF)(software，astaTIdardk-8model，SIMPLECalg面thm．necalculationre-sultsoftllenowfieldastIleknowIlconditionsimportANSYSWo制Denchinted孔e，theimpe

5、llercoupledsystemweresimulatedbythenuid．stnlctureinteractionmethod．Theresultsshowtllat山etypeofnumericalsimulation研d，turbulencemodelcanone．wayaccumtelypredicttlleintemalnowcharacteristicsofthemixed·nowpump．ThemaximumstI℃ssoftIleimpeUerbladesoccursatt11emiddlere西onoftheblad

6、es，aIIdthema)【imumstressvalueis53．24MPa，缸lessthanthefatigIlelimitofthemateTial；ma】【i-mumdef赢ationoccursattIlebladeouteredge，withint11eallowabler蚰ge；tllenuidfbrcesaretllemajorf如torsiⅢ1uencingtheimpeUerstrengtll．KeyWords：IIlixednowpump；blade；nuid·structureinteraction；eqIliV

7、alentstress1前言叶轮进行强度和刚度校核具有十分重要的意义。由于传统计算方法对叶轮模型简化较多、叶轮载斜流泵广泛应用于农业排灌、城市供排水、矿荷为功率转化的均布载荷，从而使计算结果产生山、大型水利工程以及火电站的循环水泵等领域，较大的误差，也无法准确求得最大应力的发生位在国民经济建设中发挥着重要作用。随着水力机置¨“j。随着ANSYS技术的发展，通过采用流固械单机容量和尺寸的增加，人们对其运行稳定性耦合方法分析旋转机械关键部件的应力与应变成和可靠性问题日益重视。叶轮作为斜流泵的核心为最有效的研究手段之一，陈山等使用有限元计关键部

8、件，其安全性和稳定性对泵机组的稳定运算软件和内部流场计算软件对所设计的几个具有行和使用效率有较大影响。因此对大型斜流泵的不同几何尺寸的离心压气机叶轮的强度和气动性收稿日期：2012—09—05