基于气固耦合的航空发动机叶轮应力有限元分析

应用NX软件对航空发动机叶轮结构进行实体建模，用Nastran软件对叶轮气流场进行数值模拟，分析了叶轮表面的压力随不同工况的变化情况，基于气固耦舍利用Nastran软件对叶轮施加静力载荷，进行应力应变分析，并就其结果进行了分析和总结。     

离心式压缩机叶轮的结构与应力

评述了叶轮与应力分布的关系，提出了在轴盘上使用“导力锥”可以对轴盘的强度及转子进行临界转速调控的新观念，并研究了轮盖应力和叶片进口斜角的关系及叶轮的最大应力点也可以出现在轴盘上的条件与原因。     

结构优化对风机叶轮焊接残余应力和稳态运行的影响

本文利用大型通用有限元软件ANSYS,分析了15Mn Ni Cr Mo V离心式压缩机叶轮在不同叶片结构下焊接残余应力和运行应力的变化。结果表明:未进行结构优化之前,叶轮在焊接后的残余应力和正常运行时所受到的运行应力均较大,但是叶轮在经过叶片切割6°、12°和25°的结构调整后,叶轮焊后残余应力均明显降低,叶轮整体的残余应力最大降低了46.4%,叶片残余应力最大降低了53.6%。但是,随着叶片切割角度的增大,叶轮的运行应力却逐渐增加,而且切割25°后的叶轮运行应力超过了材料的屈服强度。     

离心通风机叶轮应力与振动分析

针对离心通风机叶轮实际工作中存在断裂现象,采用了有限元理论对通风机叶轮进行了应力与振动分析。首先将建立的通风机叶轮模型在ANSYS Workbench中进行静力学分析,得到叶轮的应力应变分布情况,根据应力分析结果校核其强度是否满足要求。然后进行振动模态分析,得到叶轮前6阶固有频率和振型;把前6阶固有频率换算为对应的转速并和叶轮的实际转速相比,使叶轮的运转速度远离临界速度,避免叶轮因共振对通风机结构的破坏。     

透平膨胀机叶轮耦合应力的强度有限元分析

根据透平膨胀机的工作原理,基于有限元分析理论,对透平膨胀机的主要部件叶轮进行了结构、温差和气动力耦合作用的强度分析,采用三维实体建模的方法,以叶轮的实际工况为输入条件,通过ANSYS有限元分析软件计算得到了离心力、温差应力和气动力共同作用下的叶轮应力应变分布状况,并对叶轮的安全性进行了校核分析。计算结果表明,气动力载荷使得离心力、温差应力作用时产生的应力应变有减小的趋势。所以,同时考虑离心力、温差应力及气动力耦合作用的叶轮应力应变值更符合叶轮的实际情况。     

离心压缩机过盈配合叶轮结构应力分析

提出了一种用当量温度法处理轴与叶轮过盈配合的方法，进而用通用有限元程序对离心压缩机叶轮进行应力分析，同时给出了确定叶轮与轴之间适宜过盈量和判断松脱的方法。     

螺旋离心泵不同工况下流固耦合受力分析

螺旋离心泵叶轮结构不对称性，在运行过程中所受一定的轴向力和径向力，对运行效率具有较大影响。对螺旋离心泵进行了全流道固液两相流计算，对叶轮表面压力分布、叶轮表面应力分布进行了分析，得出随着工况不断向大流量方向偏移，叶轮表面的压强逐渐增大，但叶片工作面和背面之间的压差却越来越小。流量和扬程呈负相关的关系，即流量越大，扬程越低。螺旋离心泵在运行过程中存在极大的轴向力，还受到一定的径向力。轴向力随着流量的增大而增大，扬程的增大而减小。螺旋离心泵在设计工况下运行最为稳定，越是偏离设计工况，内部流动情况越为紊乱，螺旋离心泵运行越不稳定，叶轮表面应力分布同样呈现出与流量负相关，即流量增大，叶片的应力和应变变小，在进行叶轮设计时，应在小流量工况下进行强度校核。     

离心式压缩机叶轮裂纹分析及修复措施

针对某大型空压机叶轮根部产生裂纹问题,通过有限元方法(FEM)对叶轮内部应力分布进行了数值计算,采用电镜扫描和能谱分析方法对叶轮裂纹失效机理进行了实验分析,发现叶轮裂纹为典型的应力腐蚀沿晶开裂,并对该叶轮的修复技术进行了研究探讨.     

基于流固耦合的闭式离心叶轮结构强度分析

分别采用CFX计算出三种工况下叶轮的气动压力分布,利用ANSYS计算出只受离心力载荷作用时的叶轮应力和变形。通过单向耦合得到两种载荷共同作用时的应力、变形结果,最后对叶轮进行了强度校核。结果表明,最大等效应力发生在叶片前缘与轮盖交接处,最大变形发生在叶轮出口处。叶轮的应力主要受离心力载荷的影响,而受气动载荷的影响较小。随着流量增加,最大等效应力和最大变形量随之减小。强度校核表明叶轮满足要求。文中为叶轮的流固耦合的强度计算提供了一种参考,从仿真角度揭示了叶轮的应力分布,为理论分析提供了佐证。     

离心风机叶轮强度优化设计与寿命预测

为了研究某离心风机叶轮叶片断裂现象,基于Workbench运用子模型法对叶轮进行强度分析,根据分析结果对叶轮进行优化设计,最后运用nCode Designlife对改进后叶轮进行疲劳寿命预测。研究结果表明：原叶轮在离心力作用下的等效应力远超出材料许用应力,应力集中位置与实际破坏位置基本一致,因此,将子模型法用于叶轮强度分析是可行的,而且分析结果更为精确有效,分析效率显著提高。改进后叶轮的等效应力小于材料许用应力,其中最大应力仅为122.5MPa,有效保证叶轮运行可靠性,通过疲劳寿命预测证明该叶轮使用寿命可达35年。     

离心泵叶轮流固耦合分析

基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明,各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小,在0.4倍设计流量工况下最大为10.581MPa;叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大,在设计流量工况下最小为0.0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。     

离心式液氢泵的动力特性与传热特性分析

对输运液氢的离心式液氢泵进行低温结构设计与动力单元分析,叶轮是速度能转变为压力能获得高压流体的重要部件,对离心泵的稳定输出特性有较大的影响。其中,转子(包括转轴和叶轮)是连动部件,也属于低温泵结构性传热部件。对应用于储运系统的某小流量高压头的离心式液氢泵的叶轮和转轴部件,进行功能分区,利用CFD内嵌模块对其进行数值计算。根据运行系统中输送载荷,对低温条件下的转子部件进行热-结构耦合瞬态应力应变分析,获得其动力特性;采用流固耦合方法,对叶轮区的流体域进行数值计算,分析不同流体载荷下叶轮表面应力分布;对低温离心泵轴-叶轮的传热区进行设计,分析低温-室温隔热效果,为离心式液氢泵的设计研发、结构优化和性能改进提供理论依据和参考。     

Experimental and theoretical analysis of stresses, noise and flow in centrifugal fan impeller

Stress analysis of fan impeller by experimental and finite element method has shown that, the stress pattern in impeller components is highly complex. The stresses in the impeller components can be reduced, by using the stiffening rings on the blades. In this paper, experimental and finite element approaches have been discussed to study the stresses in centrifugal fan impeller. The flow of centrifugal fan has been also determined by using the set-up as per AMCA and NAFM guidelines. The effect of the stiffening rings on the stresses, noise and fluid flow has been also investigated and discussed.     

Parametric study on a forward-curved blades centrifugal fan with an impeller separated by an annular plate

A parametric study on the geometry of an impeller in a forward-curved blades centrifugal fan for residential ventilation has been carried out in this work. Numerical analysis of a forward-curved blades centrifugal fan was carried out by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport turbulence model. A validation of numerical results was conducted by comparison with experimental data for the pressure and efficiency. The impeller separated by an annular plate was employed, and the annular plate height and the angle between the upper and lower impellers were selected as the geometric parameters to investigate their effects on the efficiency of the forward-curved blades centrifugal fan. Additionally, the impeller geometry having the highest efficiency was tested with the number and exit angle of blades. The results show that the impeller with properly installed annular plate improves the aerodynamic performance of the forward-curved blades centrifugal fan.     

离心压缩机叶轮结构优化设计

叶轮是离心压缩机的核心部件之一,对于悬臂结构的转子系统,叶轮的质量和应力大小直接影响着转子的安全稳定性,因此对叶轮进行结构优化设计,降低质量和应力尤为关键。本文综合有限元分析方法和数学优化算法,对某型号蒸汽压缩机半开式叶轮进行优化设计,优化后叶轮质量降低27.1kg,降低约16.1%,叶轮最大等效应力降低196.4MPa,降低约18.5%,优化设计效果明显,对降低成本和提高机组转子稳定性有着重要意义,具有良好的工程实用价值。     

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。     

Dynamic stress analysis of sewage centrifugal pump impeller based on two-way coupling method

Current research on the operational reliability of centrifugal pumps has mainly focused on hydrodynamic instability. However, the interaction between the fluid and structure has not been sufficiently considered; this interaction can cause vibration and dynamic stress, which can affect the reliability. In this study, the dynamic stresses in a single-blade centrifugal pump impeller are analysed under different operating conditions; the two-way coupling method is used to calculate the fluid-structure interaction. Three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved with the SST k-o9 turbulence model for the fluid in the whole flow passage, while transient structure dynamic analysis is used with the finite element method for the structure side. The dynamic stresses in the rotor system are computed according to the fourth strength theory. The stress results show that the highest stress is near the loose bearing and that the equivalent stress increases with the flow rate because the dynamic stresses are closely related to the pressure load. The stress distributions on the blade pressure side, suction side, leading edge, and trailing edge are each analysed for different flow rates; the highest stress distribution is found on the pressure side. On the blade pressure side, a relatively large stress is found near the trailing edge and hub side. Based on these results, a stress distribution prediction method is proposed for centrifugal pumps, which considers the interaction between the fluid and structuxe. The method can be used to check the dynamic stress at different flow rates when optimising the pump design to increase the pump reliability.     

旋转离心叶轮内部非定常流动的PIV测量

利用激光成像速度仪(PIN)测量了旋转离心叶轮内部的非定常流场。通过对实验数据的进一步处理，获得了旋转离心叶轮内部相对速度的非定常流场分布。详细分析了叶轮内部非定常流动现象和流动规律。通过实验研究发现，旋转离心叶轮内部的流动是非定常的；在叶轮出口处，叶片的吸力面与轮盖的夹角区存在一个低速区；并观察到了明显的射流／尾迹结构。射流区和尾流区的大小和范围在沿盘盖方向和跨叶片方向上是不同的，射流区和尾流区之间不存在明显的分界线。     

某离心压缩机叶轮断裂失效原因分析

针对某型号离心压缩机叶轮的断裂失效问题,采用金相检测手段检测了失效叶轮的焊接接头,并利用商用软件AN-SYS从焊接的角度对叶轮结构受力进行了模拟计算与分析。结果发现,叶片和轮盘焊接角接头存在应力集中,进一步计算表明,在存在焊接缺陷的情况下,较小的作用力就能促使应力达到很大峰值,应力集中加速了裂纹的扩展及失稳,从而造成产品的结构失效。