流体机械可靠性研究的传统方法是通过对流体机械过流部件进行简化的静力分析来完成强度分析计算，忽略了流固耦合(Fluid-StructureInteraction，FSI)作用对流体机械可靠性的影响。近年来，流固耦合有限元分析已成为分析流体机械可靠性的重要方法。流固耦合不仅考虑了流体载荷对固体变形的作用，而且还能实现固体变形对流动结构的影响。因此能够更为精确地分析流体机械的可靠性。流固耦合问题可分为直接耦合、顺序耦合和同步求解3种。
      直接耦合对所有物理场由一个代码求解，对计算资源要求较高，还无法在流体机械领域应用。顺序耦合按照定义好的顺序分别对结构场和流场进行求解，即“弱耦合”。同步求解是指结构场和流场求解同步进行，即“强耦合”。目前流固耦合在水轮机和风机的可靠性研究中已得到了较为广泛的应用，但在水泵领域的应用还比较少。Friedrieh分别应用弱耦合和强耦合优化了单流道泵叶轮的振动特性，指出强耦合可以得到更有意义的结果。王洋等困用弱耦合对冲压离心泵叶轮在不同工况下应力及变形情况进行了分析。裴吉等对离心泵内流场和叶轮结构响应进行了同步求解，分析了叶轮流固耦合作用对离心泵内流场的影响。
      本研究运用ANSYS CFX12.0对导叶式离心泵设计工况下内部流场进行定常数值模拟，以定常数值模拟结果中得流场压力加载到叶轮上，对叶轮进行静应力强度分析，分析了最大等效应力和最大变形的位置以及可能发生破坏的区域。采用ANSYS 12.0中的多物理场求解(MFX)功能对导叶式离心泵叶轮进行双向流固耦合分析，并对最后一个时间步中叶轮上的等效应力与顺序耦合中叶轮上的等效应力进行了比较。同时，对最大等效应力节点A和最大变形区域的节点B在叶轮旋转一周过程中，应力变化的时域图以及频域图进行了分析。
      泵设计参数为流量900m3/h，扬程H=79m，转速n=1490r/min。叶轮为闭式叶轮，叶片数为5，叶轮外径为506mm。为了能改善流动状态并平衡径向力，在叶轮和压水室之间设计安装了导叶。为防止共振，导叶叶片数取为7。压水室为环形压水室。
采用icem网格划分软件对水体进行非结构化网格划分如图所示，网格节点总数为578674，网格单元总数为3166576。应用流场分析软件CFX对导叶式离心泵内部流场进行数值模拟。采用压力进口，设定总压为1atm，采用速度出口，设定出口速度为50m/s，定常计算的湍流模型采用标准k-E模型，sealable壁面函数，对于泵内部瞬态流场大涡模拟方法相比于RAMS方法能得到更好的计算结果图，因此，非定常计算采用大涡模拟方法。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                  杭州纳泰科技咨询有限公司
                                                                          本文出自杭州纳泰科技咨询有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！