[发明专利]一种离心泵叶轮在偏心涡动下流体激振力的计算方法

权利要求书

1.一种离心泵叶轮在偏心涡动下流体激振力的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过三维建模软件Creo或SolidWorks，对离心泵的三维流体计算域进行建模，对叶轮取多种偏心距进行装配；

(2)利用网格划分软件ICEM或Gambit对各计算流体域分别进行网格划分，合并网格后进行网格无关性验证；

(3)将步骤(2)中得到的最佳的离心泵三维流域网格文件导入Fluent软件中，设置求解模型的边界条件和初始条件，对离心泵内部流动进行计算；

(4)对计算结果进行后处理，分析离心泵的扬程、效率与内流场特性，并计算得到流体激振力同偏心率ε和叶轮角度位置θ的变化曲线；

(5)采用最小二乘法对流体激振力进行非线性拟合，得到其拟合多项式拟合函数；

(6)取一组样本外的数据代入多项式拟合函数验证，分析拟合函数的准确性和可靠性。

2.根据权利要求1所述的离心泵在叶轮偏心涡动下的计算方法，其特征在于：步骤(1)中，采用三维建模软件Creo或SolidWorks，对离心泵的流体计算域进行建模，具体步骤如下：

(A)建好各水体域模型，包括进口、叶轮、间隙、蜗壳、出口；

(B)将叶轮分别以2％、4％、6％、8％、10％共5种偏心率沿出口方向偏移，进行三维模型装配。

3.根据权利要求1所述的离心泵在叶轮偏心涡动下的计算方法，其特征在于：步骤(2)中，通过网格划分软件ICEM或Gambit对三维流体各个计算域分别进行网格划分，生成计算域的分块形式，合并后进行网格无关性验证，具体步骤如下：

(A)将计算流体域装配后整体导入ICEM中，分别保存各流域的tin文件，划分各流域的高质量网格，然后合并进口、叶轮、间隙、蜗壳、出口五个流域的网格；

(B)以预测扬程作为网格无关性的判别标准，使前后两次预测扬程相差0.15％以内。

4.根据权利要求1所述的离心泵在叶轮偏心涡动下的计算方法，其特征在于：步骤(3)中，将得到的最优的离心泵的三维流域网格文件导入Fluent软件中，设置求解模型的边界条件和初始条件，对离心泵内部流场进行计算，具体步骤如下：

(A)将网格数量最优的网格导入Fluent中，数值计算选用RNG k-ε模型，采用多重参考系(MRF)，叶轮、间隙设置为旋转坐标系，进口、蜗壳与出口定义为静止坐标系，各域之间交界面采用interface进行流场数据交换；

(B)将间隙水体设置为以涡动转速ω绕蜗壳基圆圆心O旋转，叶轮水体定义为相对于间隙水体以转速n绕叶轮自身中心O’旋转，n＝Ω-ω，其中Ω为电机带动叶轮旋转的转速；蜗壳水体与进出口水体定义为静止坐标系；

(C)定义叶轮每旋转1°计算一次，分别计算各偏心率下在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个流量工况下的算例，其中，Q_d为设计流量；当流体激振力呈稳定周期性变化时停止计算。

5.根据权利要求1所述的离心泵在叶轮偏心涡动下的计算方法，其特征在于：步骤(3)中计算30个周期，舍掉前10个周期。

6.根据权利要求1所述的离心泵在叶轮偏心涡动下的计算方法，其特征在于：步骤(4)的具体步骤如下：

(A)每个偏心率下的9个流量工况都在最后一个周期内每隔30°取12点的扬程效率平均值，绘制该工况下的外特性曲线，并与实验数据分析对比，比较得出与实验数据最接近的偏心率；

(B)计算离心泵内流场的速度、压力分布，取后20个旋转周期对离心泵内压力脉动进行分析；

(C)计算后20个周期叶轮所受的径向力并导出到数据处理软件Oringin，作流体激振力与偏心率ε和叶轮角度位置θ变化曲线。