葉輪前側(cè)蓋板流固耦合動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、離心式葉輪是離心泵的核心部件，在動(dòng)力、能源、化工以及航空航天等領(lǐng)域廣泛使用。離心泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能是決定系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的根本因素。葉輪與流體之間的流固耦合作用會(huì)對(duì)離心泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響，尤其是在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷條件下更為顯著。本文通過理論建模和數(shù)值分析，研究葉輪前側(cè)蓋板與流體之間的流固耦合作用，探索葉輪轉(zhuǎn)子在這種流固耦合作用下的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。研究結(jié)論對(duì)于離心式葉輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)具有一定的理論指導(dǎo)意義。
　

2、　 由于基于完全Navier-Stokes方程的數(shù)值積分，非常耗時(shí)，本文采用Bulk-Flow模型來計(jì)算葉輪前側(cè)蓋板流固耦合的動(dòng)力學(xué)特性。Bulk-Flow模型是由葉輪偏心環(huán)境下的一組偏微分方程組成。有限差分方法來分解這些非線性方程是一個(gè)很好的方法，因?yàn)檫@種方法具有更好的連續(xù)性。流體變量的擾動(dòng)分析會(huì)產(chǎn)生一組O階方程和一組1階擾動(dòng)方程。Simple算法用來完成對(duì)0階方程的積分，分離變量法用來求解1階擾動(dòng)方程。從0階方程得到穩(wěn)態(tài)的壓力分布

3、和速度分布，1階方程得到流固耦合的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。
　　 根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，詳細(xì)地分析了葉輪與前側(cè)蓋板的相關(guān)參數(shù)，如葉輪前側(cè)蓋板與蝸殼之間的流體間隙、葉輪前側(cè)蓋板的軸向長度、葉輪前側(cè)蓋板的傾角、轉(zhuǎn)子的偏心率等分別對(duì)穩(wěn)態(tài)壓力和速度分布的影響，進(jìn)而分析了其葉輪動(dòng)態(tài)特性系數(shù)的影響。通過分析得出如下結(jié)論：
　　 (1)葉輪前側(cè)蓋板的軸向長度，傾斜角和葉輪轉(zhuǎn)速僅對(duì)間隙流體的
　　 周向速度產(chǎn)生影響，葉輪前側(cè)蓋板與蝸殼之間的間