多工况下离心压缩机叶片承载的流固耦合效应分析

针对国内某大型离心压缩机叶轮叶片利用流固耦合技术,通过求解流体和固体的耦合方程,对冬季和设计工况下的叶轮叶片的应力应变分别进行了计算分析。理论分析表明,叶轮叶片的应力主要由离心力引起的拉应力和气动载荷引起的叶片弯应力构成。数值计算表明：对所研究的离心叶轮而言,离心力产生的拉应力是构成叶片应力的主要因素,而气动载荷引起的叶片应力相对较小;但单独进行力学分析其危险工作面的位置会发生变化,计算结果显示应力应变异常区域与实际叶片发生断裂的部位相一致。本文研究结果为实际运行发生事故的原因分析提供一定的依据。     

大型离心通风机叶轮的三维应力计算

利用三维有限元方法,对大型风机叶轮进行了强度的计算和分析,针对复杂形状叶片－机翼型叶片的特点,对具有复杂叶片叶轮模型建立的方法进行了探讨,并对分析了整个叶轮的应力分布,在强度方面为叶轮的设计提供理论依据,以达到改进实际叶轮结构的目的。     

某型离心叶轮故障诊断及数值研究

针对某型离心叶轮在实际应用中出现断裂的故障,采用有限元方法对叶轮进行静力学计算、模态分析和长寿命疲劳预估计算,较精确地计算出叶轮各部分的应变值、各阶频率和循环次数 计算结果表明:在叶片伸出部分与后盘焊接点附近有应力集中现象,离心叶轮叶片在离心力和非定常气动力共同作用下形成的交变应力小于工作条件下的屈服应力,不会形成叶片的塑性破坏,但交变载荷的长期作用导致了叶片前缘区域的高周疲劳破坏得出叶轮断裂原因,可为后期优化方向提供依据.     

混流泵叶轮三元可控速度矩的设计

介绍了一种混流泵叶轮叶片的设计方法——准三元设计法.该方法是以速度矩Vur为控制变量,通过正反问题迭代计算,从而构制出叶片,力求使叶轮叶片形状与叶轮内实际流态相吻合,从而得到性能优异的混流泵.     

DPM方法用于泥泵叶轮的耐磨选型

为分析叶轮流道结构对泥泵内部流场及壁面磨损的影响,在原叶轮造型的基础上,通过修改叶轮出口形状及叶片型线,提出了4种叶轮造型,并对5种造型进行欧拉-欧拉固液两相流瞬态计算。通过对比分析叶轮内部流场、壁面压力以及壁面剪切力,定性选择一种流场更均匀、壁面压力与剪切力较低的新叶轮造型,并引入离散相模型(Discrete Phase Model,DPM),追踪原叶轮和新叶轮内的颗粒轨迹,同时对比分析原叶轮与新叶轮的壁面平均磨损率及原叶轮在工程中的实际磨损情况。研究结果表明:两种叶轮的磨损位置大致相同,磨损集中在叶片进口边以及后叶墙面靠近叶片进口位置,但新叶轮的平均磨损率低于原叶轮;原叶轮实际磨损与模拟结果基本相符,验证了数值方法可靠性。     

泥浆涡轮发电机用叶轮设计及性能分析

针对井下供电需求,对泥浆涡轮发电机用叶轮配置、叶片形式、叶轮材料进行了选择,设计了泥浆涡轮发电机用叶轮,利用CFD方法进行了三维流场分析,计算了叶轮组内部流场,计算出叶轮的输出功率曲线,通过试验进行了验证,为井下泥浆涡轮发电机的性能预测和叶片改型提供依据。     

非典型气动荷载下压缩机叶轮疲劳强度分析

针对气动激励下压缩机叶轮疲劳破坏问题,研究气动激振力的频域特性以及叶轮共振特性,提出相应的叶轮疲劳强度校核及失效分析方法。对某离心压缩机叶轮非定常气动荷载计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算结果进行傅里叶变换,获得其频率、幅值与相位特征,重点分析气动激振荷载在相邻叶片间的相位关系。对于在相邻叶片间相位差循环对称分布的典型荷载分量,通过干涉图确定叶轮的共振模态,对于相位差非循环对称分布的非典型荷载分量,通过激振频率下叶轮动应力在各节径的分布情况确定叶轮的共振模态。基于叶轮静应力和共振动应力计算结果进行疲劳分析。结果表明,计算预测的疲劳破坏位置与实际发生疲劳裂纹位置相吻合,相位差非循环对称分布的非典型气动荷载激起叶轮零节径的共振是引起叶轮疲劳失效的主要原因。     

不同形式高速离心叶轮内部流动的数值模拟

为分析叶轮结构对于叶轮内部流动的影响,对8叶片的闭式和半开式两种形式低比转速高速离心复合叶轮进行研究.采用S-A湍流模型和雷诺时均N-S方程,对叶轮内部的流动进行三维紊流数值计算和分析,并对离心泵进行试验研究.数值计算结果表明,两种形式叶轮内部都存在回流,其中半开式叶轮内部的回流区域较少,液流在间隙里的相对流动大致为圆周方向;叶轮内部的静压力都是由叶片进口到出口逐渐升高,等静压曲线几乎是沿圆周方向,半开式叶轮叶片顶部的静压力低于相应位置根部的静压力,闭式叶轮出口的压力系数高于半开式叶轮.试验结果表明,半开式叶轮离心泵的效率较高,说明叶轮内部的回流是影响离心泵性能的重要因素.     

基于CFD技术改善双吸离心泵叶轮性能

介绍了低比速离心泵特点,阐述计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法.运用CFD软件FLUENT对不同叶片形式叶轮流道进行三维湍流流动计算.计算采用压强连接的隐式修正SIMPLEC算法和雷诺平均法的RNG k-ε湍流模型.根据计算结果分析叶片形式对流速分布、压力分布的影响,揭示叶轮内流动规律,提高低比速离心泵优化设计的水平.     

半开式离心叶轮气动阻尼的影响规律研究

离心压缩机半开式叶轮的阻尼是影响叶轮振动应力水平的重要因素,主要包括材料阻尼和气动阻尼.其中,气动阻尼的准确计算是叶轮动应力分析的前提.本文通过流固弱耦合方法研究了压缩机运行工况以及叶片振幅对气动阻尼的影响,并对影响规律进行了理论分析.研究结果表明,进口温度一定时,叶片气动阻尼比随进口流量的增大而增大;进口质量流量一定...     

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。     

颗粒性质对叶片圆盘泵叶轮内颗粒分布的影响

为研究颗粒性质对颗粒在叶片圆盘泵叶轮内分布规律的影响,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟流体在叶片区和无叶区内的流动。采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟。对不同直径、不同浓度及不同密度颗粒在叶轮叶片区和无叶区的分布及颗粒在叶轮表面分布规律进行分析。结果表明:颗粒密度和颗粒直径对颗粒分布影响较大,颗粒密度、粒径越大,颗粒越难被液相带动加速而处在液相相对速度较慢的无叶区,随着颗粒密度、粒径的增大,叶轮表面颗粒浓度分布变化趋缓;颗粒浓度对颗粒在无叶区和叶片区分布影响较小;叶片表面颗粒浓度大于轮盘表面颗粒浓度,从动轮上轮盘表面和叶片表面颗粒浓度要小于相应主动轮表面颗粒浓度。     

叶轮、叶片类复杂零件造型方法的研究

叶轮、 叶片类零件是汽车、航空等领域广泛使用的重要部件之一,它的造型方法一直是人们研究的焦点,这里采用ＮＵＲＢＳ（非均匀有理Ｂ样条）方法建立了叶轮、叶片类零件的造型模型,为叶轮、叶片类零件的数控加工了基础,提高了叶轮、叶片类零件的造型及加工效率。     

串列叶片对离心风机叶轮性能及内部流场的影响

对串列叶片式离心风机叶轮的内部流场采用NUMECA软件进行了数值模拟研究,分析了串列叶轮不同相对周向位置因子对离心叶轮性能的影响,并对串列叶轮与原始叶轮进行了详细的流场对比分析。结果表明:相对周向位置因子对离心叶轮性能影响较大,当相对周向位置因子取0.05⁰.20时串列叶轮在性能上均有所提高且取0.10时性能达到最好;串列叶片能有效地削弱叶轮出口射流-尾迹结构对流场的影响,改善叶轮出口的速度均匀性,对控制风机的气动噪声有十分有利的影响。     

罗茨鼓风机三叶叶轮加工的分度方法

叙述了罗茨鼓风机三叶叶轮加工中用定位方法来实现三叶叶轮准确分度的工艺方式。为生产厂提供了利用现有设备加工三叶叶轮的有效途径。     

基于曲面迭代的离心泵数值叶片模型

针对传统的泵CAD软件存在的缺陷,依据泵的水力设计用Bezier曲线来拟合各轴面流线,依据轴面流线、叶片安放角沿流线的分布函数及叶片的型线方程得到叶片表面上离散点集,提出用一种基于盈亏修正思想的迭代非均匀B-spline曲面算法来拟合叶片型面;利用调节轴面流线的控制点及叶片安放角的分布规律来调节叶片表面的各型值点,从而达到调控叶片曲面的目的;建立数值叶片模型与泵的设计参数间的关系,实现叶片的参数化设计,摒弃繁琐的二维木模图。实例表明提出的数值叶片模型是合理的,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

几何参数对离心叶轮强度和气动性能影响的研究

使用有限元计算软件和内部流场计算软件对所设计的几个具有不同几何尺寸的离心压气机叶轮的强度和气动性能进行了计算。结果表明反弯叶片可降低叶轮出口处叶片根部附近的应力,但会造成叶片根部前缘区域应力集中,且反弯叶轮的气动性能和原型叶轮差别不大。前倾叶片能在很大程度上降低叶轮出口处叶片根部应力,前倾角越大出口叶根处应力减小越多;随前倾角增大,叶轮气动性能恶化程度加剧;叶轮的背盘形状对叶轮的应力影响较大,尤其是出口处的背盘厚度对出口处叶片根部区域的应力起主因作用。研究得出叶片几何及背盘形状因素对叶轮应力分布的影响规律,另外还得到了叶片几何形状对气动性能的影响规律,这些工作为叶轮的多学科优化设计提供良好的基础。     

离心压缩机叶轮冲蚀磨损的动力特性研究

为研究固粒冲蚀磨损对离心压缩机叶轮动力学特性和结构强度的影响,建立磨损损伤的叶轮的三维模型,并采用有限元方法,对有无离心预应力状态下原始叶轮和损伤叶轮的固有频率和振型进行提取,对叶轮共振特性进行研究,对因材料流失而造成的叶片强度、刚度变化进行了分析。研究结果表明:因冲蚀磨损引起的叶片局部减薄对叶轮整体振动特性影响不明显;叶轮在工作转速下其第6,7阶共振裕度较小;冲蚀磨损损伤的叶片存在应力集中和刚度降低的现象。     

某离心压缩机首级叶轮叶片断裂事故分析与改进研究

本文研究了某离心压缩机首级叶轮叶片断裂事故。分析了该叶片发生断裂的原因,发现该事故主要是由于叶轮固有频率与进口导叶尾迹频率接近发生共振引起的。在此分析基础上,提出了以下改进措施：一方面通过增加叶片厚度来改变叶轮固有频率,以避开进口导叶尾迹频率;另一方面,同时通过叶片进口处沿轴向切除14.4mm,以减小进口导叶尾流激振力。到目前为止,改进后的叶轮现场运行情况良好。