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。