基于流固耦合的液环泵转子动力学特性分析

为了分析液环泵内非稳态气液两相流引起的转子结构响应特性，基于数值模拟与试验测试相结合的方法，对液环泵转子部件进行流固耦合应力应变分析，分析了叶轮不同叶片的应力及变形量分布特征、旋转角引起的非稳态特性、转子部件的模态特性。结果表明：当叶片尖部与壳体内壁距离最小时，其最大等效应力为最大值，随着旋转角的增大，叶片的最大等效应力先减小后增大，叶片的最大变形量随着转角与最大等效应力的变化趋势完全一致，当α=0°，Q_m=0.05 kg/s时，叶片最大变形量与最大等效应力分别为1.381 mm、180.96 MPa；叶轮沿圆周方向18枚叶片上的最大应力分布各不相同，且随着叶轮旋转角的逐渐增大，叶片的最大变形量整体上先减小后增大；叶片上的变形量分布沿径向由轮毂到叶尖近似呈线性逐渐增大，应力沿径向方向先急剧增加后缓慢减少，且在0.1r2位置处达到最大值。研究结果可为液环泵的优化设计提供参考。     

基于ABAQUS的抛送叶轮应力应变研究

为研究叶片式抛送装置主要承载部件抛送叶轮运转的安全性,基于有限元分析软件ABAQUS采用流固耦合方法对抛送叶轮进行应力及应变研究,其中抛送装置内三维流场计算运用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件Fluent,获得了装置内气流场对叶轮压力的分布规律。在此基础上,分析了叶轮转速及叶片数对其应力及应变的影响。结果表明:叶轮最大变形量为0.015mm,符合刚度要求;最大等效应力为32MP,始终出现在叶片与加强版连接边缘处靠近圆盘一侧,且强度满足要求;叶轮转速越高,应力、应变越大;5叶片和3叶片叶轮的最大应力、应变比较接近,且较4叶片叶轮的应力及应变值小。     

核主泵高温工况下叶轮结构力学分析

为了验证主泵叶轮在设计工况下的完整性,通过三维软件Pro/E对主泵叶轮进行三维造型,应用计算流体力学软件ANSYS—CFX和Workbench对主泵叶轮进行耦合计算,分析了在轴向力载荷、转矩载荷、离心力载荷、混合载荷以及125%1临ti界同步转速与1.252倍转矩M。载荷工况下叶轮的最大应力强度分布。分析了叶轮应力、应变的分布规律,揭示出转子部件由于变形过大以及强度不足而引发失效事故。计算结果表明,在反应堆一回路额定工况下,在轴向力+离心力载荷工况下,叶轮产生最大应力变形,叶轮叶片最大变形发生在叶片出口尖部,变形量约0.58 nll/l;最大应力位于叶轮体及叶轮外径之间的过渡区,叶片出口区域最大应力值为112.4 MPa。     

基于ANSYS的深海岩心钻机离心泵叶轮流固耦合分析

为获得搭载式深海岩心钻机离心泵叶轮在设计工况下的等效应力及应变分布情况,基于流固耦合原理,运用ANSYS和CFX软件对叶轮结构进行了仿真计算。仿真结果表明:流体压力载荷是影响叶轮应力与应变分布的主要因素;在设计工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中,应力最大值为26.138 MPa,在所用材料屈服强度许用范围内,结构强度满足要求;叶轮变形在最外边沿处达到最大值0.010 031 mm,小于泵盖和叶轮的间隙4 mm,叶轮结构满足设计要求。     

基于双向耦合的污水离心泵动应力分析

现有针对离心泵运行可靠性方面的研究主要关注的是水动力不稳定性问题,尚缺乏对流体与结构相互作用机理的考虑,而流固耦合作用是流动诱导振动和动应力现象等可靠性问题产生的直接原因。因此,采用双向流固耦合计算的方法,对不同运行工况下单叶片离心泵叶轮的动应力进行求解。采用SSTκ-ω湍流模型对全流道内三维非定常流动的雷诺时均N-S方程进行求解,同时利用有限元法对结构的动力学特性进行计算,并基于第四强度理论得到叶轮转子系统的动应力分布。通过对动应力分布结果的分析可知,转子最大的动应力出现在松轴承安装位置附近,且随着流量的增加而增大,因为动应力的大小与压力载荷大小直接相关。此外,分别对不同工况下叶片的工作面、背面、前缘和后缘处的等效应力进行分析,分析结果表明,最大的应力分布出现在叶片的工作面上,且位于靠近叶片后缘和后盖板的区域。提出了一种离心泵考虑流固耦合效应的应力分布预测方法,该方法可用于泵的优化设计阶段来预测不同工况下结构的动应力分布情况以提高泵的可靠性。     

高速离心泵的压力脉动特性分析

为揭示高速离心泵的水力不稳定性,采用雷诺时均方法和SST k-ω湍流模型,对一带前置诱导轮和半开式复合叶轮的高速泵进行了不同工况下三维非定常湍流数值模拟,得到了泵内部流场特性及泵内监测点的压力脉动情况,并对其进行了频谱分析。结果表明,由于诱导轮、叶轮与扩压器的动静耦合作用,高速泵内存在比较明显的压力脉动。叶轮域从叶片入口到出口,压力脉动的峰峰值逐渐增加;相同径向位置处工作面的压力脉动明显高于非工作面。叶轮内压力脉动的频率为3fr(导叶叶片数×叶片通过频率)及其倍频,主频为3fr。导叶扩压器域内隔舌位置处的压力脉动峰峰值最大。随着水流向下游流动,扩压器内的压力脉动逐渐减小。螺旋线部分压力脉动的主频为3fr,与诱导轮叶片的通过频率相吻合。扩散段部分压力脉动的主频为7fr,与叶轮长叶片的通过频率吻合。     

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。     

混流式核主泵叶轮叶片厚度分布规律对能量性能的影响

采用数值计算方法,开展混流式核主泵叶轮叶片自前盖板至后盖板方向厚度分布规律对能量性能影响的研究。通过对5种具有不同厚度分布规律叶片的叶轮进行比较分析,探索最佳叶片厚度比值和其对叶片表面静压力分布规律的影响。结果表明:当叶片后盖板处厚度与前盖板处厚度比值L=1.5时,叶轮的水力效率达到最高,当L=1.25时叶片做功能力低,叶轮内能量损失大,水力效率较低;在小流量工况下,随着比值L的增加,相同流量下扬程和水力效率都随之升高;在大流量工况下,扬程和水力效率都随着L的增大而降低;叶轮流道内压能沿着前盖板至后盖板方向增大并且最大压能位置向中间移动。     

高温熔盐泵中分流叶片对结构动力特性的影响

为研究分流叶片对高温熔盐泵结构动力特性的影响规律,以IS50-32-160型低比转数高温熔盐泵为研究对象。对有/无分流叶片方案不同工作温度、不同工况下的泵转子进行基于ANSYS Workbench的数值计算,分析了泵内部的应力、变形和模态分布规律。研究结果表明:添加分流叶片后,叶轮的等效应力明显减小,说明分流叶片能够有效提高叶轮的承载能力;分流叶片使得转子的变形情况也得到一定的改善,从而降低了叶轮变形对内部流场的影响,且叶轮内的变形分布变得更均匀,从而可减轻泵转子的振动;同时,不同工作温度对泵转子的固有频率及各阶振型影响均不大。     

基于Solidworks软件的闭式叶轮强度分析

在不改变气动参数的前提下,本文通过对一个带有17个叶片的闭式离心叶轮造型,分析了在实际工况下叶轮表面的von Mises应力分布,发现在叶片进口边,尤其是叶顶和叶根位置应力最大。为了减小叶轮局部位置上最大von Mises应力,分别对叶片与轮盘、轮盖的连接处倒圆进行了分析。进一步对轮盘与轮盖的几何结构重新设计,分析结果证明盘侧厚度增加有助于提高叶轮强度。通过整体叶轮外形改进,叶片进口处的应力集中现象得到大幅度改善。