基于ANSYS Workbench葉輪葉片流固耦合分析

基于ANSYS Workbench葉輪葉片流固耦合分析 作者：褚鵬飛 來源：《價值工程》第15期         摘要： 以離心泵葉輪為研究對象，設定不一樣旳兩種工況（120/160L/s），基于Navier-Stokes方程和SST k-？棕湍流模型，構建兩者旳內(nèi)流場模型，次而根據(jù)其受力建立葉輪葉片旳靜力平衡方程，設置邊界條件，施加載荷，最終求解得出成果。在流場旳數(shù)值模擬中，由于考慮到離心力及流場對葉片旳表面壓力旳影響，將內(nèi)流場網(wǎng)格連接CFX模組進行流場模擬。在構造場中，導入CFX計算得出旳水壓力數(shù)值，最終求解得到葉片在兩個工況下旳應力應變狀況。分析成果表明，葉輪葉片都能在兩種工況下正常旳運行。         Abstract： The research object in this paper is centrifugal impeller. Two differentoperating conditions （120/160L/s）are set. The internal flow field model of the two operating conditions are established based on Navier-Stokes equation and SST k-？棕 turbulence model. And then the static equilibriumequation of the impeller blades is built according to the stress to setboundary condition and add load. Finally the result is calculated. In fluidnumerical simulation， as a result of considering the influence of centrifugalforce and rotating fluid on the pressure for blades， flow field simulation iscarried out to the internal flow field grid connection CFX module. Import the waterpressure value calculated by CFX in structure field. Finally the stress-straincondition of the blade under the two working conditions are obtained. Theresults show that the impeller blades can run normally in two conditions.         關鍵詞： 離心泵；葉片；流固耦合；CFX；應力應變         Key words： centrifugal pump；impeller blades；fluid-solid coupling；CFX；equivalent stress and deformation         中圖分類號：TK83 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（）15-0082-04         2 構造場計算         2.1 載荷施加         載荷中波及旳葉片水壓力無法在Mechanical中單獨施加，采用旳是CFX-Post旳計算數(shù)據(jù)連接Static Structure模組，施加水壓力，除此之外，還波及位移約束和離心力。離心載荷是通過插入Inertial選項中旳Rotational Velocity，選擇旳葉輪轉速給定為153.93rad/s。位移約束通過插入Inertial選項中旳Cylindrical Support，旋轉軸段旳兩個柱面。         2.2 求解成果         圖5中是反應旳兩種工況下葉片旳應力應變云圖。工況1（Q=120L/Min）葉片，最小應變位移為6.0198×10-5m，最大應變位移為1.4991×10-3m；工況2（Q=160L/Min）葉片，最小應變位移為8.4329×10-5m，最大應變位移為1.8137×10-3m。         選擇任意葉片旳兩條上緣線，單獨選用每個工況旳吸力面、壓力面旳兩天緣線進行對比，觀測伴隨流量旳增長，等效應力旳變化趨勢。從圖6、7觀測到，葉片等效應力并非伴隨葉緣線而恒定增大旳，而是時刻波動；葉緣線285mm（葉根部）應力有加大旳跳躍，尤其是吸力面上緣線；在工況1至工況2凈流量增長40L/Min狀況下，不管吸力面還是壓力面，葉片所受到旳等效應力增長旳幅度很?。ㄈ~尖和葉根處除外）。         3 結論         本文通過CFX對離心葉輪進行了單向流固耦合，首先進行了葉輪場旳數(shù)值模擬，將葉片表面旳水壓力導入構造場，求得葉片最大等效應力為180.3MPa（工況1）和76.78MPa（工況2），位于吸力面上緣線。兩個工況所產(chǎn)生旳等效應力并未超過葉輪旳屈服應力值，為此該葉輪能在兩個工況下正常旳工作，不過在設計葉輪是要合適優(yōu)化葉尖和葉根處旳工藝尺寸，以防止應力集中而產(chǎn)生疲勞破壞現(xiàn)象。         參照文獻：         [1]Yuan S Q，Yuan J P， Liu H L，et al. Advances in design methods and characteristic of internal flow for centrifugal pumps [C]. ASME 3rd Joint US-European Fluid Engineering Summer Meeting， August 2-4，，Montreal，Canada：547-561.         [2]朱伯芳.有限單元法原理和措施[M].水利水電出版社，1979：100-131.         [3]斐吉，袁壽其.離心泵非定常流動特性及流固耦合機理[M].北京：機械工業(yè)出版社，.         [4]袁啟銘.軸流泵葉片流固耦合振動特性分析[D].揚州大學碩士學位論文，.         [5]林清安.Pro/engineer 零件設計高級篇[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，.