基于流固耦合的轴流泵叶轮结构分析.pdf

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1、20FLUIDMACHINERYVo1．41，No．3，2013文章编号：1005—0329(2013)03—0020—04基于流固耦合的轴流泵叶轮结构分析朱利，杨昌明，郑军。李文全(西华大学，四川成都610039)摘要：为了准确计算轴流泵叶轮的应力分布状况，采用了FLUENT软件与ANSYS软件协同仿真的方法。基于FLU—ENT，N—S控制方程与标准k一8湍流模型对轴流泵全流道进行了三维流动计算，通过Workbench流固耦合技术传输数据，应用ANSYS对轴流泵叶轮进行了结构计算。通过数值分析，确定

2、了叶片应力集中区域，得出了叶片应力从叶顶到叶根逐渐增大的分布规律。计算结果为轴流泵叶轮的优化设计提供了有利的依据。关键词：轴流泵；结构分析；流固耦合中图分类号：TH311文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．03．005StructureAnalysisofAxialFlowPumpImpellerBasedonFluid-solidCoupfingZHULi，YANGChang—ruing，ZHENGjlib，LIWen—quan(XihuaUnivers

3、ity，Chengdu610039，China)Abstract：Inordertocalculatethestressdistributionoftheaxial-flowpumpimpelleraccurately，amethodofcollaborativesim—ulationbetweenFLUNETandANSYSisadopted．ThreedimensionalflowissimulatedonthebasisofFULUENT，N—Sequationsandstandardk一8mo

4、de1．andfurtherstructureanalysisofimpellerisimplememedusingANSYSthroughdatatransferbyWork—benchFSItechnology．Fromnumericalanalysis，wemaydrawtheconclusionthatstressconcentrationoccursattheintersectionofbladerootandhub，andbladestressrisesgraduallyfromtipto

5、rootofblades．Theresultsprovidefavorablebasisfortheoptimaldesignofaxial—flowimpeller．Keywords：axial—flowpump；structureanalysis；fluid—solidcoupling1前言加载到强度分析的叶轮模型表面进行流固耦合分析。本文采用有限元分析软件ANSYSWorkbench叶轮是轴流泵重要的过流部件之一，叶轮在对轴流叶轮进行单向流固耦合分析，分析结果不运行过程中产生的应力和变形对轴流泵

6、的安全运仅揭示了轴流泵内部的流动规律，还得到了叶轮行起着重要的影响，因此有必要对轴流泵叶轮在的应力和变形分布情况，为轴流泵叶轮的结构设正常工作时所受的应力和变形进行精确分析。计和优化设计提供了数值依据。目前，在对轴流泵叶轮的结构强度有限元分析中，流体对叶轮表面的压力多是采用简化方法2轴流泵流场分析将等效压力加载到轴流泵叶轮表面对叶轮进行强度分析¨。显然这种通过简化方法加载压力得2．1基本方程到的结果与真实结果有一定的差异，尚不能完全本文采用雷诺时均N—S方程和标准k～￡作为轴流泵叶轮优化设计的依据。湍

7、流模型以及SIMPLE算法进行计算。公式如为了能够更好地模拟轴流泵工作的真实情下：况，应将流场分析时得到的叶轮表面的真实压力(1)三维不可压连续方程和动量方程为：收稿日期：2012—02—27修稿日期：2013一O1—16基金项目：国家自然科学基金项目(51005188)40FLUIDMACHINERYVo1．41，No．3，2013(上接第23页)2O．50．参考文献[7]江帆，黄鹏．Fluent高级应用与实例分析[M]．北京：清华出版社，2008：12—15．[1]王坤．轴流泵结构强度有限元分析[

8、D]．哈尔滨：哈[8]齐学军．基于流固耦合轴流泵叶轮性能预测[D]．成都：西华大学，2010：30-60．尔滨工程大学，2008：30-60．[2]王坤．轴流泵叶轮结构强度有限元分析[J]．机械工[9]王洋，王洪玉，张翔，等．基于流固耦合理论的离心程师，2008，(2)：130．131．泵冲压焊接叶轮强度分析[J]．农业工程学报，[3]孙宝全．多相混输泵叶轮叶片强度有限元分析[J]．2011，27(3)：131·135．石油矿场机械，2008，7(37)