誘導(dǎo)輪空化對(duì)流固耦合應(yīng)力分析的影響

褚寶鑫，須 村，張曉娜，姜緒強(qiáng)

（北京航天動(dòng)力研究所，北京100076）

0 引言

誘導(dǎo)輪是渦輪泵的重要部件之一，其強(qiáng)度性能關(guān)系到渦輪泵的運(yùn)行安全和可靠性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于誘導(dǎo)輪強(qiáng)度均沒(méi)有形成系統(tǒng)完善的經(jīng)驗(yàn)及一維計(jì)算方法，因此在誘導(dǎo)輪設(shè)計(jì)階段均采用有限元軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析。受計(jì)算模型和硬件等的限制，目前型號(hào)研制中對(duì)誘導(dǎo)輪的應(yīng)力計(jì)算通常只考慮渦輪泵轉(zhuǎn)速帶來(lái)的離心力影響，而不考慮流體壓力和空化的影響，但目前國(guó)內(nèi)外的許多研究表明，除轉(zhuǎn)速帶來(lái)的靜應(yīng)力外，空化及流體壓力分布也是造成誘導(dǎo)輪葉片較高應(yīng)力的主要原因。

本文采用ANSYS系列軟件對(duì)某型號(hào)誘導(dǎo)輪進(jìn)行了空化情況下的CFD流場(chǎng)計(jì)算，得到了比不考慮空化更準(zhǔn)確的葉片表面壓力分布。利用單向流固耦合方法對(duì)誘導(dǎo)輪進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算，分析了其設(shè)計(jì)工況下的靜應(yīng)力分布情況并與不考慮空化情況下的誘導(dǎo)輪靜應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，為誘導(dǎo)輪的強(qiáng)度可靠性分析和改進(jìn)提供了重要依據(jù)。

1 誘導(dǎo)輪流場(chǎng)的CFD仿真

1.1 計(jì)算方法及模型

誘導(dǎo)輪葉片的進(jìn)口邊對(duì)空化的影響較大，因此編制程序?qū)M(jìn)口修圓及修磨進(jìn)行了準(zhǔn)確造型，之后利用Solidworks軟件構(gòu)建了誘導(dǎo)輪的簡(jiǎn)化三維實(shí)體模型，如圖1所示。利用Gambit2.2.30軟件建立了CFD仿真計(jì)算流道模型，流道模型整體采用四面體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的單元總數(shù)約為55萬(wàn)左右，如圖2所示。模型進(jìn)行了如下假設(shè)和簡(jiǎn)化：