《帶分流葉片離心泵流固耦合誘導振動特性研究》是依託江蘇大學，由張金鳳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：帶分流葉片離心泵流固耦合誘導振動特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張金鳳
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
分流葉片設計法是提高低比轉數離心泵綜合性能的有效途徑。目前帶分流葉片離心泵的研究主要集中在內流分析和參數最佳化設計等方面，至今，分流葉片的添置對泵內非定常流動的結構和運行穩定性的影響規律的研究還不夠深入，分流葉片的設計方法尚屬初步。本項目採用ANSYS對多方案分流葉片離心泵在不同工況下的非定常流場和結構場進行耦合求解，搭建振動測試實驗台，獲取泵進出口脈動壓力和振動信號，分析泵內非定常流動現象與誘導振動之間的關係，揭示流場與結構變形的相互作用規律以及泵結構的瞬時動力特性；利用PIV詳細測試瞬態流場，與非定常模擬結果對比分析，揭示非定常流動現象的流動結構；最終獲得葉輪所受非定常激振力與分流葉片設計參數和運行工況之間的關係。項目預期將初步建立帶分流葉片低振動離心泵設計方法，為提高離心泵的性能和運行穩定性奠定理論和技術基礎。
結題摘要
本項目採用CFD和PIV對有/無分流葉片離心泵的非定常流場、流場和結構的耦合場進行求解，揭示了非定常流動特性、與結構變形的作用規律以及瞬時結構動力特性等；搭建了離心泵振動測試實驗台，分析泵內非定常流動現象與誘導振動之間的關係；總結設計方法，推廣套用於系列離心泵的最佳化設計，主要研究內容及結論有： (1) 採用CFX對某低比轉數離心泵的5個具有不同分流葉片進口直徑、周向偏置度的葉輪方案進行了全流場非定常數值模擬，分析了主要設計參數對葉輪進口、蝸殼出口及葉輪-蝸殼交界面處壓力脈動特性的影響規律：分流葉片有利於降低葉輪進口壓力且提高蝸殼出口壓力，從而提高泵的揚程；有利於減小葉輪進、出口處的壓力脈動；有利於減小葉輪-蝸殼交界面處的壓力脈動，從而改善葉輪出口的“射流-尾跡”結構。 （2）對該模型進行了PIV內流測試，捕捉不同工況下葉輪-蝸殼交界面的動靜干涉、葉輪進口管路和蝸殼出口管路的非穩定流動現象。目前測試基本結束，正在整理實驗數據。 （3）搭建了高速泵振動測試台，採用高頻動態壓力感測器測量了進出口監測點壓力脈動特性。在各個工況下，與不帶分流葉片的高速泵相比，帶分流葉片的高速泵脈動幅值有一定的減小，尤其在低頻區表現的尤為明顯；採用分流葉片改善其流場分布和出口監測點的壓力脈動特性，即動靜干涉作用減弱。 （4）進行了流場和結構場的雙向流固耦合計算，分析了瞬態動力學特性、模態和諧頻回響分布等。可知：在非設計工況下運行時，離心泵內部流場不穩定性加劇，對結構變形影響相對較大，產生了一定的變形量，且變形量分布非對稱；葉輪徑向偏心量大小呈明顯的四周期分布，設計工況下，波動相對較小，非設計流量下波動明顯；不同工況下離心泵轉子的等效應力和剪下應力隨時間的波動明顯，應力值遠小於葉輪材料的極限破壞應力。 （5）分析了帶分流葉片離心泵無過載實現的理論條件，推導出最大軸功率及其位置預估公式，建立了該模型的BP性能預測模型。通過大量實驗驗證了預估公式的相對偏差分別為4.20%和 6.45%，BP模型效率和揚程預測平均相對偏差分別為5.97%和4.78%。 （6）推廣套用到系列離心泵的產品開發中，新產品效率比企業同款泵提高了5%～26.9%；且功率具有無過載特性；在規定點、最大流量點、最大揚程點和最大功率點的性能均有較大幅度的改善提高，基本滿足樣本多工況要求。
