為了準(zhǔn)確計(jì)算軸流泵葉輪的應(yīng)力分布狀況，采用了FLUENT軟件與ANSYS軟件協(xié)同仿真的方法�；�于FLUENT，N-S控制方程與標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型對(duì)軸流泵全流道進(jìn)行了三維流動(dòng)計(jì)算，通過(guò)Workbench流固耦合技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，應(yīng)用ANSYS對(duì)軸流泵葉輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算。通過(guò)數(shù)值分析，確定了葉片應(yīng)力集中區(qū)域，得出了葉片應(yīng)力從葉頂?shù)饺~根逐漸增大的分布規(guī)律。計(jì)算結(jié)果為軸流泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有利的依據(jù)。

1、前言

　　葉輪是軸流泵重要的過(guò)流部件之一，葉輪在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力和變形對(duì)軸流泵的安全運(yùn)行起著重要的影響，因此有必要對(duì)軸流泵葉輪在正常工作時(shí)所受的應(yīng)力和變形進(jìn)行精確分析。

　　目前，在對(duì)軸流泵葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析中，流體對(duì)葉輪表面的壓力多是采用簡(jiǎn)化方法將等效壓力加載到軸流泵葉輪表面對(duì)葉輪進(jìn)行強(qiáng)度分析。顯然這種通過(guò)簡(jiǎn)化方法加載壓力得到的結(jié)果與真實(shí)結(jié)果有一定的差異，尚不能完全作為軸流泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)。

　　為了能夠更好地模擬軸流泵工作的真實(shí)情況，應(yīng)將流場(chǎng)分析時(shí)得到的葉輪表面的真實(shí)壓力加載到強(qiáng)度分析的葉輪模型表面進(jìn)行流固耦合分析。本文采用有限元分析軟件ANSYSWorkbench對(duì)軸流葉輪進(jìn)行單向流固耦合分析，分析結(jié)果不僅揭示了軸流泵內(nèi)部的流動(dòng)規(guī)律，還得到了葉輪的應(yīng)力和變形分布情況，為軸流泵葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了數(shù)值依據(jù)。

2、軸流泵流場(chǎng)分析

　　2.1、基本方程

　　本文采用雷諾時(shí)均N-S方程和標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型以及SIMPLE算法進(jìn)行計(jì)算。公式如下：

　　(1)三維不可壓連續(xù)方程和動(dòng)量方程為：

圖8 軸流泵葉輪整體變形

圖9 葉片徑向方向變形曲線

　　由圖8和圖9可知，葉輪的變形十分均勻，從輪轂到輪緣逐漸增大并在靠近輪轂處變形很小且變化緩慢，到葉片外側(cè)變形加快且變形增大直到達(dá)到最大變形0.05mm。由于最大變形滿足工作要求，因此結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的軸流泵滿足設(shè)計(jì)要求。

4、結(jié)論

　　(1)軸流泵輪轂和葉片結(jié)合處出現(xiàn)應(yīng)力集中，因此對(duì)于軸流泵葉輪的設(shè)計(jì)和優(yōu)化應(yīng)該著重考慮此處的剛強(qiáng)度；

　　(2)采用流固耦合方法對(duì)軸流泵葉輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)仿真，分析獲得的應(yīng)力和變形數(shù)據(jù)對(duì)軸流泵葉輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行有指導(dǎo)意義。