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原型自吸泵-车辆系统流固耦合计算

时间:2025-05-07 07:43 来源:jslgpump.com 作者:利工集团 点击:
    为了研究移动泵车自吸泵内部压力脉动特性及其对泵车车架的影响,本文首先对某型移动泵车自吸泵进行了性能试验,然后利用FLUENT软件对自吸泵内部流量进行计算,分析了不同流量条件下自吸泵的压力脉动特性。此外,对移动泵车进行了流固耦合计算,研究了不同流量条件下移动泵车车架的位移和应力分布特性。结果表明:额定流量工况下,叶轮入口处流场稳定,小流量工况下车架会产生较大的位移和应力,随着流量的增加,车架的最大位移和最大应力逐渐减小。
   车载自吸泵作为重要的液体输送设备,广泛应用于化工、石油、消防、农业灌溉等各个领域。由于应用范围广泛,车载自吸泵不仅需要满足高效稳定的输送要求,还需要应对复杂多变的工作环境,包括不同的海拔、温度条件和道路条件等因素。这些环境因素对泵的性能提出了更高的要求,特别是在压力波动控制和流体结构耦合效应方面。随着技术的进步,自吸泵的设计不断优化,设计简单、自动化、高效节能的自吸泵显示出广阔的应用前景1

通过建立透明实验装置,研究人员可以更直观地观察自吸泵运行过程中的流场变化。钱某等利用高速摄影技术对透明泵自吸过程中的气液两相流型进行了可视化观察,通过在不同位置和帧率下测试泵的内部流动状态,揭示了自吸过程中气液瞬态流型2。但现有的研究主要在理论和理想条件下进行,对于装置实际运行工况中的复杂现象还有待进一步研究。考虑到自吸泵复杂多变的工作环境,传统的实验方法存在一定的局限性,数值计算技术的发展为研究此类问题提供了新的工具。张某等对螺旋轴流式多相泵进行了非稳态模拟和流固耦合计算,研究了不同入口气隙率下自吸泵的性能变化,以及实际运行工况下的稳定性3。常某等对自吸泵进行了数值模拟,研究了自吸泵在不同入口气隙率下的性能变化,以及实际运行工况下的稳定性3。提出了一种新型的可无水启动的自吸泵,并通过数值模拟结合试验对其进行了验证,研究结果对减少能量损失和自吸泵的启动时间有帮助4。自吸泵的自吸时间和效率与其内部设计密切相关,周等研究了回流孔对自吸离心泵性能和瞬态流场特性的影响,利用数值模拟分析了回流孔附近的压差、回流量和瞬态流场特性,结果表明当回流孔面积减小时,自吸泵的性能得到一定程度的提高5。也可以利用正交试验设计方法来优化叶轮的性能,张等通过数值计算和试验结果对比证实了计算方法的可靠性,并研究了叶轮各参数对自吸泵性能的影响;通过优化叶轮设计,提高了泵的能量转换效率6。王等研究了叶轮切割对自吸泵性能的影响,结果表明,适当调整叶轮切割量可使泵的最佳效率点向低流量区域移动,从而提高整体性能7一些学者还对不同结构、参数的自吸泵进行了能量特性试验和自吸试验,分析了压力脉动、径向力等特性,为自吸泵的优化设计提供了一定的参考意义8,9

压力波动是自吸泵运行过程中的常见现象,不仅影响泵的效率和稳定性,还会造成机械部件的疲劳损坏,缩短泵的使用寿命。压力波动还可能引起噪声和振动问题,影响工作环境和人员健康。因此,研究和控制压力波动对于提高车载自吸泵的整体性能具有重要意义。赵等基于RNG k-ε湍流模型对自吸泵内部流动和压力波动特性进行了数值模拟,分析了不同流量条件下蜗壳流道和叶轮流道内的压力波动特性,发现在大流量条件下蜗壳流道内监测点具有明显的周期性规律[10 ]。李等通过三维非定常湍流模拟,研究了叶轮与蜗壳相互作用引起的压力波动,并分析了其对回流阀的影响。研究表明,回流阀在自吸过程结束后能完全关闭回流孔,在泵正常运行时能达到良好的水力性能11

流固耦合是指流体流动与固体结构相互作用的过程,涉及流体力学和固体力学的交叉学科领域。在车载自吸泵中,流体的高速运动会对泵内部结构产生复杂的受力,进而影响泵的动态特性和长期可靠性。深入研究流固耦合特性可以为优化泵设计、减少流固耦合引起的故障提供理论基础和技术支持。石某等利用数值模拟计算了不同流量下自吸泵的总变形和等效应力分布,为泵叶片设计提供了指导12。张某等基于VOF多相流模型和Realizable k-ε湍流模型,计算得出自吸泵的自吸过程大致分为快速吸入、冲击排气、快速排气和残余气体排出4个阶段,并发现各阶段占自吸总时间的比例呈上升趋势13。王等研究发现自吸泵的性能取决于回流孔的位置,回流液进入蜗壳的有效通道尺寸随回流孔位置不同而变化,过大的径向距离会导致垂直分力过大,而较小的径向距离则能一定程度上提高泵的自吸性能14。吴等通过试验获得了离心泵自吸过程中内部气液流态,并评估了转速和回流孔位置对自吸时间的影响,研究发现转速和回流孔位置显著影响气泡的运动路径和尺寸分布,从而影响自吸泵的自吸速度15。程等通过优化叶片的几何参数来提高自吸泵的扬程和效率。研究发现,调整叶片曲率半径和出口角可以改变泵腔内低压区面积及均匀性,从而改善泵的性能16。杨等着力解决自吸泵在过载工况下的空化问题,采用数值模拟与试验验证相结合的方法17常等采用全因素试验方法,探究喷嘴几何参数对自吸性能的主要影响及交互影响,建立了新的自吸性能模型,该模型可以有效预测不同几何参数下的自吸时间,优化设计工艺,减少试验周期和生产成本,并获得自吸时间与自吸高度的变化规律18

本研究旨在利用先进的数值计算方法,建立自吸泵内部流域模型,运用FLUENT软件对移动泵车搭载的自吸泵内部流动进行计算,分析不同流动条件下自吸泵的压力脉动特性。同时,对移动泵车进行流固耦合研究,研究不同流动条件下车架的位移和应力变化情况。这有助于提高泵的运行稳定性和可靠性,促进相关技术的开发和应用。


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