[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
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本發明提供了一種離心泵葉輪在偏心渦動下流體激振力的計算方法，本發明的過程為：對離心泵運行過程中的全流域進行三維建模，葉輪沿出水方向取多種偏心距裝配后進行網格劃分，將網格導入Fluent軟件中，設置初始條件和邊界條件；通過Fluent對離心泵內部流動進行計算和處理；對流體激振力進行非線性擬合，得到流體激振力關于偏心率及葉輪葉輪角度位置的非線性擬合函數，通過取樣對比驗證擬合函數具有較高的計算精度。本發明能根據離心泵實際運行條件對其內部流動進行數值分析，得到更為準確的流體激振力分布，為離心泵轉子系統的流?固耦合振動提供重要的理論基礎。

技術領域

本發明屬于流體機械工程領域，涉及一種離心泵葉輪在偏心渦動下流體激振力的計算方法。

背景技術

在離心泵各部件生產裝配的過程中，各種誤差會引起離心泵轉子質量中心與幾何中心不重合，葉輪偏心會使泵內產生流體激振力，誘導轉子產生周期性的振動，影響轉子動力學特性并改變離心泵內流場。因此，研究葉輪偏心渦動下的流體激振效應對進一步的轉子耦合振動研究具有十分重要的意義。為了更好地模擬離心泵實際運行過程中的真實流動情況，計算葉輪偏心渦動下更準確的泵壓力分布和流體激振力，并對流體激振力進行非線性近似擬合。現將葉輪沿出口方向選取多種偏心距進行裝配，利用流體計算軟件研究葉輪偏心率ε和葉輪角度位置θ對離心泵內壓力脈動和流體激振力的影響，并對流體激振力采用最小二乘法的擬合方法得到相應的非線性擬合函數，進而可為離心泵轉子的耦合振動提供重要的參考價值。

發明內容

本發明旨在建立一種離心泵葉輪在偏心渦動工況下的流體激振力計算方法。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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：