[發明專利]一種離心泵葉輪在偏心渦動下流體激振力的計算方法

在審

• 申請號: 202010036025.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111209637A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 周文杰;王一帆;趙智斌;張惟斌;高波
• 申請（專利權）人: 江蘇大學;西華大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種離心泵葉輪在偏心渦動下流體激振力的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)通過三維建模軟件Creo或SolidWorks，對離心泵的三維流體計算域進行建模，對葉輪取多種偏心距進行裝配；

(2)利用網格劃分軟件ICEM或Gambit對各計算流體域分別進行網格劃分，合并網格后進行網格無關性驗證；

(3)將步驟(2)中得到的最佳的離心泵三維流域網格文件導入Fluent軟件中，設置求解模型的邊界條件和初始條件，對離心泵內部流動進行計算；

(4)對計算結果進行后處理，分析離心泵的揚程、效率與內流場特性，并計算得到流體激振力同偏心率ε和葉輪角度位置θ的變化曲線；

(5)采用最小二乘法對流體激振力進行非線性擬合，得到其擬合多項式擬合函數；

(6)取一組樣本外的數據代入多項式擬合函數驗證，分析擬合函數的準確性和可靠性。

2.根據權利要求1所述的離心泵在葉輪偏心渦動下的計算方法，其特征在于：步驟(1)中，采用三維建模軟件Creo或SolidWorks，對離心泵的流體計算域進行建模，具體步驟如下：

(A)建好各水體域模型，包括進口、葉輪、間隙、蝸殼、出口；

(B)將葉輪分別以2％、4％、6％、8％、10％共5種偏心率沿出口方向偏移，進行三維模型裝配。

3.根據權利要求1所述的離心泵在葉輪偏心渦動下的計算方法，其特征在于：步驟(2)中，通過網格劃分軟件ICEM或Gambit對三維流體各個計算域分別進行網格劃分，生成計算域的分塊形式，合并后進行網格無關性驗證，具體步驟如下：

(A)將計算流體域裝配后整體導入ICEM中，分別保存各流域的tin文件，劃分各流域的高質量網格，然后合并進口、葉輪、間隙、蝸殼、出口五個流域的網格；

(B)以預測揚程作為網格無關性的判別標準，使前后兩次預測揚程相差0.15％以內。

4.根據權利要求1所述的離心泵在葉輪偏心渦動下的計算方法，其特征在于：步驟(3)中，將得到的最優的離心泵的三維流域網格文件導入Fluent軟件中，設置求解模型的邊界條件和初始條件，對離心泵內部流場進行計算，具體步驟如下：

(A)將網格數量最優的網格導入Fluent中，數值計算選用RNG k-ε模型，采用多重參考系(MRF)，葉輪、間隙設置為旋轉坐標系，進口、蝸殼與出口定義為靜止坐標系，各域之間交界面采用interface進行流場數據交換；

(B)將間隙水體設置為以渦動轉速ω繞蝸殼基圓圓心O旋轉，葉輪水體定義為相對于間隙水體以轉速n繞葉輪自身中心O’旋轉，n＝Ω-ω，其中Ω為電機帶動葉輪旋轉的轉速；蝸殼水體與進出口水體定義為靜止坐標系；

(C)定義葉輪每旋轉1°計算一次，分別計算各偏心率下在0.6Q_d、0.7Q_d、0.8Q_d、0.9Q_d、1.0Q_d、1.1Q_d、1.2Q_d、1.3Q_d和1.4Q_d共9個流量工況下的算例，其中，Q_d為設計流量；當流體激振力呈穩定周期性變化時停止計算。

5.根據權利要求1所述的離心泵在葉輪偏心渦動下的計算方法，其特征在于：步驟(3)中計算30個周期，舍掉前10個周期。

6.根據權利要求1所述的離心泵在葉輪偏心渦動下的計算方法，其特征在于：步驟(4)的具體步驟如下：

(A)每個偏心率下的9個流量工況都在最后一個周期內每隔30°取12點的揚程效率平均值，繪制該工況下的外特性曲線，并與實驗數據分析對比，比較得出與實驗數據最接近的偏心率；

(B)計算離心泵內流場的速度、壓力分布，取后20個旋轉周期對離心泵內壓力脈動進行分析；

(C)計算后20個周期葉輪所受的徑向力并導出到數據處理軟件Oringin，作流體激振力與偏心率ε和葉輪角度位置θ變化曲線。