螺杆马达(pdm)流-固耦合动态仿真

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1、分类号学号M201071352学校代码10487密级硕士学位论文硕士学位论文螺杆马达(PDM)流-固耦合动态仿真学位申请人：黄晓霞学科专业：固体力学指导教师：倪樵教授答辩日期：2013年1月24日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofAppliedSociologyFluid-StructureCouplingDynamicSimulationofPositiveDisplacementMotor(PDM)Candid

2、ate:HuangXiaoxiaMajor:SolidMechanicsSupervisor:Prof.NiQiaoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果

3、由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要螺杆马达是一种容积式马达，又被称为

4、定排量马达（PositiveDisplacementMotor，简写为PDM）。螺杆马达被广泛应用于石油钻井、地质勘探、建筑管道施工和国防工程等方面的钻进作业当中。现今螺杆马达还存在诸多问题，包括密封泄漏、橡胶衬套大幅振动、热变形、应力不均、寿命较短等。由于螺杆马达应用广泛，对螺杆马达进行研究十分迫切。在数值分析上，目前几乎都是对螺杆泵（ProgressingCavityPump，简写PCP）进行数值计算，且几乎都是纯流体或纯固体计算，极少耦合计算。受到算法限制，其流体完全连通，模型无法实现真正的移动中的密封液体腔。据了解目前还

5、没有成功对PDM进行过流-固耦合数值计算的案例，所以解决这一难题是很有必要的。螺杆马达的运动问题可视为液压驱动下的高速旋转碰撞问题，本文依据螺杆马达线型理论，建立了三维三头螺杆马达模型，应用流体力学与弹性力学知识对其进行模拟。模型考虑了橡胶衬套的超弹性，以及其与转子间的摩擦。将浸入边界法引入流-固耦合计算当中，用以处理流-固耦合下的接触问题。并对三头螺杆马达进行了动态仿真分析。做到了液压驱动，同时实现了螺杆马达动态实时形成和释放流体密封腔。通过数值计算分析得到了橡胶衬套应力的实时分布情况，同时研究了不同橡胶衬套定子、不同压差、不

6、同导程以及不同钻井液动力粘度下螺杆马达的工作效率，得出了一些优化结果，对研究改进螺杆马达的设计有重要意义。综上所述本文构建了螺杆马达数值计算平台，可为各型螺杆马达做全面的流-固耦合分析，从而提升产品品质，缩短研发周期。关键词：螺杆马达摩擦密封浸入边界法流-固耦合I华中科技大学硕士学位论文AbstractPositiveDisplacementMotor(PDM)widelyusedinoildrilling,geologicalexploration,constructionofpipelineconstructionandde

7、fenseengineering.TherearemanyproblemsinPDM,includingsealleakage,therubberbushingsubstantialvibration,thermaldeformation,stressuneven,shorterlifeexpectancy.Duetothewiderangeofapplications,studyingisveryurgent.Innumericalanalysis,thestudyfocusedontheProgressingCavityPu

8、mpusingCFDorSolidnumericalmethods.Couplingcalculationisrarely.Fluidcompletelyconnectivity,cannotachievetruemobilesealedchamber.Itis