[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

说明书

本发明提供了一种离心泵叶轮在偏心涡动下流体激振力的计算方法，本发明的过程为：对离心泵运行过程中的全流域进行三维建模，叶轮沿出水方向取多种偏心距装配后进行网格划分，将网格导入Fluent软件中，设置初始条件和边界条件；通过Fluent对离心泵内部流动进行计算和处理；对流体激振力进行非线性拟合，得到流体激振力关于偏心率及叶轮叶轮角度位置的非线性拟合函数，通过取样对比验证拟合函数具有较高的计算精度。本发明能根据离心泵实际运行条件对其内部流动进行数值分析，得到更为准确的流体激振力分布，为离心泵转子系统的流‑固耦合振动提供重要的理论基础。

技术领域

本发明属于流体机械工程领域，涉及一种离心泵叶轮在偏心涡动下流体激振力的计算方法。

背景技术

在离心泵各部件生产装配的过程中，各种误差会引起离心泵转子质量中心与几何中心不重合，叶轮偏心会使泵内产生流体激振力，诱导转子产生周期性的振动，影响转子动力学特性并改变离心泵内流场。因此，研究叶轮偏心涡动下的流体激振效应对进一步的转子耦合振动研究具有十分重要的意义。为了更好地模拟离心泵实际运行过程中的真实流动情况，计算叶轮偏心涡动下更准确的泵压力分布和流体激振力，并对流体激振力进行非线性近似拟合。现将叶轮沿出口方向选取多种偏心距进行装配，利用流体计算软件研究叶轮偏心率ε和叶轮角度位置θ对离心泵内压力脉动和流体激振力的影响，并对流体激振力采用最小二乘法的拟合方法得到相应的非线性拟合函数，进而可为离心泵转子的耦合振动提供重要的参考价值。

发明内容

本发明旨在建立一种离心泵叶轮在偏心涡动工况下的流体激振力计算方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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：