本文關(guān)鍵詞：船用離心泵參數(shù)化設(shè)計(jì)與流固耦合分析

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【摘要】：本課題在中國船舶重工集團(tuán)公司第704研究所國防預(yù)研項(xiàng)目“旋轉(zhuǎn)類流體機(jī)械計(jì)算方法優(yōu)化研究”(2012JX059F)和江蘇省船舶先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目“基于柔性多體動力學(xué)的船用水泵振動特性研究”(CJ1201)資助下展開工作。離心泵作為重要的能量轉(zhuǎn)換裝置,廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)與國防工業(yè)的各個領(lǐng)域,離心泵的設(shè)計(jì)與分析在節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。復(fù)雜的工作環(huán)境、苛刻的可靠性要求向船用離心泵特別是軍工設(shè)備用泵提出了更高的設(shè)計(jì)要求。本文以某系列船用二級離心泵為研究對象,主要研究內(nèi)容如下:(1)全面分析了CAD技術(shù)在離心泵設(shè)計(jì)領(lǐng)域的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上對面向設(shè)計(jì)制造集成的船用離心泵設(shè)計(jì)系統(tǒng)展開研究,給出了系統(tǒng)的處理流程與基本的功能劃分。(2)結(jié)合速度系數(shù)法,基于VB完成葉輪水力設(shè)計(jì)模塊的開發(fā);在分析船用二級離心泵葉輪建模思路的基礎(chǔ)上,應(yīng)用UG/Open二次開發(fā)技術(shù)完成了葉輪的參數(shù)化建模與軟件開發(fā),為內(nèi)流場數(shù)值模擬、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)流固耦合動力特性分析以及葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。(3)以船用二級離心泵內(nèi)流道水體參數(shù)化模型為基礎(chǔ),利用Hyper Mesh對內(nèi)流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分,選擇SSTk??湍流模型,應(yīng)用ANSYS14.5的CFX模塊對不同工況條件下船用二級離心泵內(nèi)流場進(jìn)行定常數(shù)值模擬。全面分析了不同工況條件下內(nèi)流場的速度分布與壓力分布規(guī)律,預(yù)測了該離心泵的性能曲線,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬分析的正確性與數(shù)值模擬設(shè)置的合理性。(4)探討了不同載荷對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響,得到水力載荷是影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性主要原因的結(jié)論�；趩蜗蛄鞴恬詈侠碚�,應(yīng)用Workbench14.5流固耦合分析模塊(FSI:Fluid Flow(CFX)-Static Structural)構(gòu)建分析框架,以內(nèi)流場定常數(shù)值模擬分析結(jié)果為基礎(chǔ),將不同工況下的水壓力載荷加載到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上,對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動力特性分析。全面分析了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的應(yīng)力、應(yīng)變特點(diǎn),比較了首末級葉輪葉片應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律的異同。此外,還分析了流量對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性的影響。
【關(guān)鍵詞】：船用離心泵 設(shè)計(jì)系統(tǒng) 參數(shù)化設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬 流固耦合
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U664.58
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-18
• 1.1 課題的理論意義與實(shí)用價值13-14
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 離心泵CAD技術(shù)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 流固耦合理論與應(yīng)用研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 課題來源與主要研究內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第2章 計(jì)算流體力學(xué)與轉(zhuǎn)子動力特性分析理論基礎(chǔ)18-31
• 2.1 計(jì)算流體力學(xué)理論基礎(chǔ)18-25
• 2.1.1 流體控制方程18-19
• 2.1.2 湍流理論19-20
• 2.1.3 湍流模型20-24
• 2.1.4 壁面函數(shù)理論24-25
• 2.1.5 控制方程離散25
• 2.2 流固耦合分析理論基礎(chǔ)25-27
• 2.3 彈性結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論基礎(chǔ)27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 船用離心泵設(shè)計(jì)系統(tǒng)與葉輪CAD模塊研究31-45
• 3.1 船用離心泵設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系研究31-34
• 3.1.1 系統(tǒng)研究背景與需求分析31-32
• 3.1.2 船用離心泵設(shè)計(jì)系統(tǒng)目標(biāo)32-33
• 3.1.3 船用離心泵設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33-34
• 3.2 基于VB的葉輪水力設(shè)計(jì)模塊開發(fā)34-35
• 3.3 基于NX的葉輪參數(shù)化建模模塊開發(fā)35-44
• 3.3.1 UG NX二次開發(fā)技術(shù)35-36
• 3.3.2 葉輪建模方案分析36-37
• 3.3.3 葉輪葉片建模37-39
• 3.3.4 葉輪前、后蓋板及輪轂參數(shù)化建模39-40
• 3.3.5 參數(shù)化建模系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)40-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 船用二級離心泵三維內(nèi)流場定常數(shù)值模擬45-66
• 4.1 CFX簡介45
• 4.2 船用二級離心泵流道三維建模與網(wǎng)格劃分45-51
• 4.2.1 流道結(jié)構(gòu)分析與三維建模45-48
• 4.2.2 Hyper Mesh簡介48
• 4.2.3 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格48
• 4.2.4 船用二級離心泵流道網(wǎng)格劃分48-50
• 4.2.5 網(wǎng)格質(zhì)量檢查50-51
• 4.3 數(shù)值模擬前處理51-54
• 4.3.1 邊界條件設(shè)置51
• 4.3.2 網(wǎng)格交界面處理51-52
• 4.3.3 網(wǎng)格連接方式52
• 4.3.4 求解器控制52-54
• 4.4 模擬結(jié)果分析54-65
• 4.4.1 不同工況下內(nèi)流場速度分析54-58
• 4.4.2 不同工況下內(nèi)流場壓力分析58-61
• 4.4.3 離心泵外特性預(yù)測61-63
• 4.4.4 離心泵性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第5章 基于流固耦合的船用二級離心泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性分析66-80
• 5.1 引言66
• 5.2 船用二級離心泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)幾何模型建立66-67
• 5.3 船用二級離心泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)流固耦合分析求解67-70
• 5.3.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分68-69
• 5.3.2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)材料定義69
• 5.3.3 載荷與約束69
• 5.3.4 定義流固耦合面69-70
• 5.4 計(jì)算結(jié)果分析70-79
• 5.4.1 不同載荷對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)影響權(quán)重分析70-73
• 5.4.2 不同工況下首末級葉輪葉片應(yīng)力、變形分析73-79
• 5.5 本章小結(jié)79-80
• 總結(jié)與展望80-82
• 工作總結(jié)80-81
• 工作展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文86-87
• 致謝87

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本文編號：964083