流固耦合作用对螺旋离心泵流场影响的数值分析-农业机械学报.PDF

２０１３年 １月 农 业 机 械 学 报 第 ４４卷第 １期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１３．０１．００８ 流固耦合作用对螺旋离心泵流场影响的数值分析 袁寿其　徐宇平　张金凤　裴　吉　周建佳 （江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江２１２０１３） 摘要：为研究流固耦合作用对螺旋离心泵内部流场的影响，以 ＺＪ２００ ２５型螺旋离心泵为研究对象，应用计算流体 力学软件 ＣＦＸ１２１和有限元软件 ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对螺旋离心泵进行了考虑内部流场和结构相互作用的两场交 替联合求解，并以相同的设置对不考虑流固耦合作用的内部流场进行了计算。对比分析两种计算方法得到的流场 发现，考虑流固耦合作用后：泵进口处的压力波动加剧，出口压力波动强度降低，进出口波动频率不变，但相位有改 变；速度分布满足共同的规律，但在小流量工况下差别最大，同时在叶片与隔舌处于相干位置时，隔舌附近流动也 受到明显影响；径向力大小随时间变化规律一致，但波动范围减小；考虑流固耦合作用后叶轮流道内流动更加不对 称。 关键词：螺旋离心泵　双叶片　双向流固耦合　数值分析　动静干涉 中图分类号：ＴＨ３１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１３）０１００３８０５ ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＥｆｆｅｃｔｏｆＦｌｕｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｎ ＦｌｏｗＦｉｅｌｄｉｎＳｃｒｅｗＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＰｕｍｐ ＹｕａｎＳｈｏｕｑｉ　ＸｕＹｕｐｉｎｇ　ＺｈａｎｇＪｉｎｆｅｎｇ　ＰｅｉＪｉ　ＺｈｏｕＪｉａｎｊｉａ （ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｌｕｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（ＦＳＩ）ｏｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｓｃｒｅｗ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ，ａＺＪ２００ ２５ｓｃｒｅｗｔｙｐｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｓｃｒｅｗｂｌａｄｅｓｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅ ｓｔｕｄｙｓｕｂｊｅｃｔ．ＴｈｅｔｗｏｗａｙｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＦＳＩｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｏｎｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄｉｎｓｃｒｅｗｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ．ＣＦＸ１２．１ａｎｄＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒ．Ａｎｄｔｈｅｕｎｓｔｅａｄｙｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｐｕｍｐｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｕｎｄｅｒｓｅｖｅｒａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｏｕｔｅｆｆｅｃｔｏｆＦＳＩ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅ ｔｗｏｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｔｓｆｏｕｎｄｔｈａｔ，ｗｉｔｈｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＦＳＩ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｐｕｍｐｉｎｌｅｔ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｄｏｎｏｔｃｈａｎｇｅｂｕｔｔｈｅｐｈａｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｗａｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｆｔｅｒＦＳＩ．Ｔｈｅｉｎｎｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｃｏｍｍｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｂｕｔｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｗｅｒｅａｐｐｅａｒｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｍａｌｌｆｌｏｗｒａｔｅ．Ｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｎｅａｒｖｏｌｕｔｅｔｏｎｇｕｅｗａｓ ａｆｆｅｃｔｅｄｂｙＦＳＩｍｏｓｔｏｂｖｉｏｕｓｌｙｗｈｅｎｂｌａｄｅｓｐａｓｓｉ