基于流固耦合的船用离心泵转子应力应变及模态研究-论文.pdf

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1、第30卷第15期农业工程学报v0l-30NO．15982014年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug．2014基于流固耦合⋯／1．用离心泵转子应力应变及模态研究黄浩钦，刘厚林※，王勇，戴菡葳，蒋琳玲(江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013)摘要：为研究流固耦合作用对船用离心泵转子应力应变及模态的影响，该文以125clla-13型船用离心泵为研究对象，分别进行了非耦合和双向耦合瞬态非定常数值模拟，基于计算结果，对比了2种计算方式下最后

2、一个旋转周期扬程的变化情况，重点分析了不同瞬态相位下单向和双向耦合方式对叶轮应力应变的影响，并在此基础上对基于流固耦合的转子模态进行了多相位分析。研究结果表明，各瞬态相位下双向耦合扬程预测值均比非耦合大，且双向耦合下波峰附近扬程预测值有局部波动；叶轮最大变形量位于后盖板上的流道出口边中间位置附近，最大应力值出现在叶轮出口后盖板与叶片背面交接处，各相位下双向耦合最大变形量和最大等效应力均大于单向耦合，流固耦合方式对叶轮应力应变有一定影响：叶轮最大变形量和最大等效应力位置及大小随瞬态相位变化而变化，叶轮流道中间区域扫过隔舌时，最大变

3、形量出现极小值，且2种耦合方式下最大变形量位置变化不同，当叶片处在蜗壳第八断面附近区域时，最大等效应力出现极大值，2种耦合方式间最大变形量和最大等效应力的最大差值均出现在6。相位下，分别为0．17x10m和0．296MPa；流固耦合方式对转子模态的影响极小，瞬态相位不同，转子模态频率及振幅均出现一定幅度的脉动，最大频率脉动为0．9Hz，最大振幅脉动为1．62mm，均出现在第5阶模态处。该研究可为船用离心泵减振设计及结构优化提供参考。关键词：船用设备；离心泵；模态分析；流固耦合；应力应变；多相位分析doi：10．3969~．iss

4、n．1002—6819．2014．15．014中图分类号：TH311文献标志码：A文章编号：1002—6819(2014)．15．0098．08黄浩钦，刘厚林，王勇，等．基于流固耦合的船用离心泵转子应力应变及模态研究[J]．农业工程学报，2014，3O(15)：98—1O5．HuangHaoqin，LiuHoulin，WangYong，eta1．Stress-strainandmodalanalysisonrotorofmarinecentrifugalpumpbasedonfluid-structureinteraction[

5、J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，3o(15)：98—105．(inChinesewithEnglishabstract)算资源，目前还很难应用在流体机械上，顺序耦合即0引言“单向弱耦合”，其按照流体到结构或结构到流体船用离心泵是舰船系统的重要组成部分，由于的顺序分别求解流场和结构场，同步耦合即“双向舰船运行环境的独特性，使得其对船用泵等辅助机强耦合”，其每一时间步内都实现流体与结构的相械

6、的振动及可靠性方面有着很高要求【lJ，为此，对互耦合迭代计算【j4J。目前，流固耦合方法已在水轮船用离心泵进行结构强度及模态等力学特性分析机和风机等旋转机械领域得到了广泛应用[5-12]，近研究显得尤为重要。年来也逐渐被应用于泵领域，研究主要集中在基于影响流体机械力学特性的因素主要有惯性力流固耦合的泵内外特性研究u"J和流固耦合作用(自身重力、旋转离心力)和流体与结构相互作用下泵振动噪声及可靠性研究，Benra等u副分别采用(流固耦合)的表面力。而在以往很多工程实际问了单向耦合和双向耦合方法分析了单叶片无堵塞题中，对泵的力学特性

7、分析往往忽略了流体与结构离心泵转子振动位移和所受的水力激励，并对水力耦合作用的影响。流固耦合分为直接耦合、顺序耦激振位移进行了实验测量；Kato等L1采用了基于大合和同步耦合3种方式，直接耦合由于非常消耗计涡模拟的单向流固耦合方法对多级离心泵噪声进行了预测研究；Lanthjem等[2UJ通过研究表明，流体收稿日期：2013—11-10修订日期：2014—07．14与旋转叶轮叶片之间的耦合作用是离心泵的一个基金项目：国家科技支撑计划(201IBAF14B03)；江苏高校优势学科建重要噪声源；JiangJ以叶轮内表面压力脉动作设工程

8、资助项目(PAPD)作者简介：黄浩钦(1988一)，四川达州人，主要从事离心泵振动噪声为边界条件，计算并分析了泵壳的流体诱导振动特研究。镇江江苏大学流体机械工程技术研究中心，212013。性；袁启铭等【、施卫东等[23-24及陈向阳等分别Emaihhuangha