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流體機械可靠性研究的傳統方法是通過對流體機械過流部件進行簡化的靜力分析來完成強度分析計算，忽略了流固耦合(Fluid-StructureInteraction，FSI)作用對流體機械可靠性的影響。近年來，流固耦合有限元分析已成為分析流體機械可靠性的重要方法。流固耦合不僅考慮了流體載荷對固體變形的作用，而且還能實現固體變形對流動結構的影響。因此能夠更為精確地分析流體機械的可靠性。流固耦合問題可分為直接耦合、順序耦合和同步求解3種。
直接耦合對所有物理場由一個代碼求解，對計算資源要求較高，還無法在流體機械領域應用。順序耦合按照定義好的順序分別對結構場和流場進行求解，即“弱耦合”。同步求解是指結構場和流場求解同步進行，即“強耦合”。目前流固耦合在水輪機和風機的可靠性研究中已得到了較為廣泛的應用，但在水泵領域的應用還比較少。Friedrieh分別應用弱耦合和強耦合優化了單流道泵葉輪的振動特性，指出強耦合可以得到更有意義的結果。王洋等困用弱耦合對沖壓離心泵葉輪在不同工況下應力及變形情況進行了分析。裴吉等對離心泵內流場和葉輪結構響應進行了同步求解，分析了葉輪流固耦合作用對離心泵內流場的影響。
本研究運用ANSYS CFX12.0對導葉式離心泵設計工況下內部流場進行定常數值模擬，以定常數值模擬結果中得流場壓力加載到葉輪上，對葉輪進行靜應力強度分析，分析了最大等效應力和最大變形的位置以及可能發生破壞的區域。采用ANSYS 12.0中的多物理場求解(MFX)功能對導葉式離心泵葉輪進行雙向流固耦合分析，并對最后一個時間步中葉輪上的等效應力與順序耦合中葉輪上的等效應力進行了比較。同時，對最大等效應力節點A和最大變形區域的節點B在葉輪旋轉一周過程中，應力變化的時域圖以及頻域圖進行了分析。
泵設計參數為流量900m3/h，揚程H=79m，轉速n=1490r/min。葉輪為閉式葉輪，葉片數為5，葉輪外徑為506mm。為了能改善流動狀態并平衡徑向力，在葉輪和壓水室之間設計安裝了導葉。為防止共振，導葉葉片數取為7。壓水室為環形壓水室。
采用icem網格劃分軟件對水體進行非結構化網格劃分如圖所示，網格節點總數為578674，網格單元總數為3166576。應用流場分析軟件CFX對導葉式離心泵內部流場進行數值模擬。采用壓力進口，設定總壓為1atm，采用速度出口，設定出口速度為50m/s，定常計算的湍流模型采用標準k-E模型，sealable壁面函數，對于泵內部瞬態流場大渦模擬方法相比于RAMS方法能得到更好的計算結果圖，因此，非定常計算采用大渦模擬方法。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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