含气率对多相混输泵叶片应力应变的影响

为了揭示流固耦合作用对多相混输泵的影响规律,以一单级多相混输泵为研究对象,选取气液两相作为运输介质,基于ANSYS软件进行数值计算,流体域采用TurboGrid进行结构化网格划分。通过计算得到不同含气率下叶片表面的应力和应变分布规律。结果表明:在不同含气率下,动叶轮内最大变形量均出现在流向系数为0.1附近,而静叶轮内变形最明显的位置位于叶片的进口与出口处;随着含气率的增加静叶轮内叶片的变形量有一定程度的下降,但降低的程度要低于动叶轮内叶片的变化量。在动叶轮内,随着含气率的增加压力面和吸力面等效应力整体减小,且最大等效应力区域逐渐向叶轮进口方向移动。研究结果可为多相混输泵的开发与结构优化提供参考。     

卧式多级离心泵转子系统的谐响应特性分析

为研究卧式多级离心泵转子系统发生振动时各个位置的谐响应规律,通过Ansys Workbench软件进行模态分析的基础上,在某型号的多级离心泵转子各级叶轮上施加激励压力,分析泵转子系统正应力响应和变形响应。结果表明,各个节点中第一级口环节点位置的变形响应和左端轴承节点位置的正应力响应幅值最大,并对第一级叶轮外径边缘上施加的激励压力最为敏感,其响应均发生在泵转子系统第2、6阶固有频率附近,其中第一级口环变形响应最大值出现在靠近叶轮进口处,左端轴承位置表面的正应力响应沿轴线呈对称分布,其上拉应力和压应力的最大值均出现在靠近轴承位置表面边缘处。     

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。     

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。     

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 。     

电站轴流风机旋转失速工况下的叶轮静力特性研究

基于Realizable k-ε湍流模型对某电站轴流风机旋转失速工况下的流场进行了数值模拟,并基于有限元分析方法结合流固耦合理论,利用Ansys软件对旋转失速工况下的风机叶轮进行流固耦合研究.结果表明:风机进入旋转失速状态后,叶轮内存在一个与叶轮旋转方向相同的失速团;叶轮的等效应力分布主要受离心力载荷的影响,旋转失速对叶轮等效应力分布的影响较小,叶轮的最大等效应力小于材料的屈服强度,未达到屈服状态;气动力载荷对叶轮的总变形量有显著影响,旋转失速发生后,失速团中心所在区域的总变形量最大,较设计工况下增大了72.2%.     

分布式拉杆转子轴向预紧力的确定

研究了分布式拉杆转子在考虑轮盘间接触效应时轴向预紧力的确定方法。分析了拉杆转子在不同工况下的转子最大等效应力,轮盘结合面最大、最小法向接触应力及转子弯曲刚度随拉杆预紧量变化的规律。结果表明:随着转子轴向预紧力的增加,转子能够传递更大的载荷,其弯曲刚度、固有频率与连续体的偏差更小,但转子的最大等效应力显著增加,材料的强度裕度显著降低。根据得到的拉杆转子最大等效应力结果、接触面法向应力分布、转子弯曲刚度结果及转子自由模态频率结果,确定了转子合适的轴向预紧力。当转子承受100 k N的切向载荷时,转子合适的预紧量范围为拉杆总长的7/10000—13/10000。     

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。     

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%。     

Effects of non-Newtonian fluid on centrifugal blood pump performance

A 2:1 scaled-up model of the Kyoto-NTN magnetically suspended impeller centrifugal blood pump developed by Kyoto University, Japan, is tested using aqueous Xanthan gum solution and water as working fluids, respectively. It is found that the pump head rise with the solution is lower than that with water at same flow rate when the pump operates at low rotor speeds; at high rotor speeds, however, the pump will generate a higher head for the solution than for water at the same flow rate, and a maximum difference of 7% is detected. Data comparison indicates that water does not accurately model the head vs. flow rate characteristics of the prototype pump, and aqueous Xanthan gum solution of 600 ppm produced results best simulating the performance of the prototype pump.     

采用开缝叶片流动控制的低比转速离心泵数值模拟与试验研究

基于流动控制技术,以某型号的低比转速离心式不锈钢冲压叶轮作为研究模型,采用数值模拟和试验研究了叶片不同开缝位置(r/R)对叶轮内部能量、湍流动能及耗散率分布的影响,同时制作了开缝叶片离心泵样机模型,并进行了试验验证,分析了叶片上开缝的相对位置对离心泵的扬程及效率等外特性的影响,比较了叶片有、无开缝的性能变化。研究结果表明:叶片开缝的位置对叶轮内流体能量的分布以及获得的总压能影响较大;开缝的存在会引起离心泵内部流场的变化,在开缝的地方会产生湍动能及耗散率的突变;不同的开缝相对位置对离心泵性能影响不同,开缝的相对位置为0.875,与没有开缝叶片的离心泵相比,效率提高了1.52%,拓宽了离心泵的高效区间,在大流量时,开缝存在起到了抑制分离的产生,提高了离心泵的扬程,改善了叶轮流道中流体的流动状态。     

单叶片螺旋离心泵水力平衡性能优化

为了研究螺旋离心泵水力平衡性能的优化效果,以一台单叶片螺旋离心泵为例,采用3种切割出口边形式,通过CFX15.0对泵流场进行非定常计算,对比分析了不同切割形式下径向力和扬程随时间的变化情况,利用SAMCEF研究了转子的临界转速及振型,并分析了在径向力激励下转子系统的瞬态响应。结果表明,不同切割形式下,作用于叶轮的径向力均呈周期性变化,周期与叶轮旋转的周期相同;径向力恒定值的大小随切割角度的增大而降低,扬程亦随切割角度的增大而降低;设计转速下,转子系统不会出现共振情况,振幅随切割角度的增大而减小,切割角度为30°时振动最小,且扬程达到要求。     

预应力与水介质对轴流泵叶轮模态的影响

为了研究预应力与水介质对于轴流泵叶轮结构模态的影响,结合南水北调工程中某轴流泵模型试验,基于流固耦合基本思想,通过在ANSYS WORKBENCH中耦合APDL命令流的方法,计算了水介质中轴流泵转动结构的模态,在考虑预应力情况下同时对比了整个轴流泵叶轮在水介质中及空气中的模态变化,并通过单向耦合方法计算了加载预应力对于整个转动结构的模态影响。结果表明,水介质对于叶轮的固有频率有明显的减小作用,而预应力对于整个模态的影响并不明显。     

Investigation of deformation mechanics and forming limit of thin-walled metallic bipolar plates

The present study is conducted on forming of the metallic bipolar plates made of 316 stainless steel sheet with a parallel serpentine flow field. The plastic deformation of straight and curved microchannels, forming limit criteria, and deformation mechanics during the process are investigated partially to present a reliable model for estimating fracture initiation. For this purpose, experimental stamping tests are employed to fabricate metallic bipolar plates and the process is simulated by finite element software. The validity of simulation results is examined by comparing thickness distribution and force-displacement curves reflecting 4.76% and 3.85% error rates, respectively. According to experimental observations, fracture starts at a channel depth of 0.610 mm. Hence, for determining the forming limit and predicting the fracture during the process, the deformation mechanic is studied at different points of the microchannels. Results of stress states analysis indicate that the stress state of plane-strain tension up to biaxial tension governs this process. Despite the presence of different loading paths during the process, the critical element in each channel is deformed under plane-strain tension. Therefore, a fracture model is developed based on thinning percentage and equivalent strain to predict the instability of metallic bipolar plates. According to the results, both the equivalent strain and thinning percentage criteria with critical limits of 0.56 and 33.45%, respectively, are considered as an allowable range of plastic deformation during the conventional stamping process of bipolar plates. Results indicate that maximum thinning in all directions is lower than 33.45% by using the modified stamping process.