基于流固耦合的轴流泵叶轮结构分析

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中图分类号： TH311 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.03.005Structure Analysis of Axial Flow Pump Impeller Based on Fluid-solid CoupfingZHU Li，YANG Chang-ruing，ZHENG jlib，LI Wen-quan(Xihua University，Chengdu 610039，China)Abstract： In order to calculate the stress distribution of the axial-flow pump impeler accurately，a method of colaborative sim-ulation between FLUNET and ANSYS is adopted.Three dimensional flow is simulated on the basis of FULUENT，N-S equationsand standard k-8 mode1.and further structure analysis of impeler is implememed using ANSYS through data transfer by Work-bench FSI technology.From numerical analysis，we may draw the conclusion that stress concentration occurs at the intersection ofblade root and hub，and blade stress rises gradually from tip to root of blades.Th e results provide favorable basis for the optimaldesign of axial-flow impeler。

Key words： axial-flow pump；structure analysis；fluid-solid coupling1 前言叶轮是轴流泵重要的过流部件之-，叶轮在运行过程中产生的应力和变形对轴流泵的安全运行起着重要的影响，因此有必要对轴流泵叶轮在正常工作时所受的应力和变形进行精确分析。

目前，在对轴流泵叶轮的结构强度有限元分析中，流体对叶轮表面的压力多是采用简化方法将等效压力加载到轴流泵叶轮表面对叶轮进行强度分析 。显然这种通过简化方法加载压力得到的结果与真实结果有-定的差异，尚不能完全作为轴流泵叶轮优化设计的依据。

为了能够更好地模拟轴流泵工作的真实情况，应将流场分析时得到的叶轮表面的真实压力收稿日期： 2012-02-27 修稿日期： 2013-O1-16基金项目： 国家自然科学基金项目(51005188)加载到强度分析的叶轮模型表面进行流固耦合分析。本文采用有限元分析软件 ANSYS Workbench对轴流叶轮进行单向流固耦合分析，分析结果不仅揭示了轴流泵内部的流动规律，还得到了叶轮的应力和变形分布情况，为轴流泵叶轮的结构设计和优化设计提供了数值依据。

2 轴流泵流场分析2.1 基本方程本文采用雷诺时均 N-S方程和标准 k～湍流模型以及 SIMPLE算法进行计算 。公式如下 ：(1)三维不可压连续方程和动量方程为：40 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.3，2013(上接第23页)