1.基于全流场计算的大功率离心泵转子动力特性分析方法,其特征包括以下步骤:S1、全流场数值计算与特性分析:对待检测离心泵转子系统内流动进行全流场数值计算;
S2、激振力分析:根据步骤S1中全流场数值计算的结果获取主流场激振力和间隙流场激振力,并对主流场激振力和间隙流场激振力进行综合分析;
获取主流场激振力的方法为:基于步骤S1全流场数值计算结果对作用于转子部件表面的流场压力进行面积分,提取作用于转子部件的主流场激振力分量;
间隙流场激振力包括径向间隙流场激振力与轴向间隙流场激振力;
获取间隙流场激振力的方法包括以下步骤:
2.1、流体微元控制方程组的建立,建立基于Moody摩擦模型包括周向、轴向、径向动量方程及连续性方程在内的离心泵径向间隙与轴向间隙流体微元控制方程组,公式为:H为流体局部间隙,单位为(m);
R为转子半径,单位为(m);
3
ρ为流体密度,单位为(kg/m);
τ为剪切力,其中τr表示转子径向方向的剪切力(N)、τz表示转子轴向方向的剪切力(N)、和τθ表示转子周向方向的剪切力(N);
r为转子径向变量,单位为m;
z为转子轴向变量,单位为m;
θ为转子周向变量,单位为rad;
u为速度,其中ur表示转子径向方向的速度(m/s)、uz表示转子轴向方向的速度(m/s)、uθ表示转子周向方向的速度(rad/s);
t为时间变量,单位为s;
P为离心泵内压力,单位为Pa;
p为离心泵内压力,单位为Pa;
Ur为转子径向方向的速度,单位为(m/s);
2.2、边界收敛方程的构建:基于步骤S1中获取的全流场数值计算结果构建边界收敛方程;
2.3、微元控制方程组的求解;利用步骤2.2建立的边界收敛方程,求解步骤2.1建立的流体微元控制方程组,获得间隙流道内流体速度、压力分布函数、流体激振力及其等效动力学特性参数;
S3、转子动力特性分析:将步骤S2中所得主流场激振力和间隙流场激振力加入转子系统运动方程中,建立转子系统动力学模型,并对转子系统动力特性进行分析求解。
2.根据权利要求1所述的基于全流场计算的大功率离心泵转子动力特性分析方法,其特征在于:
所述步骤2.2建立的边界收敛方程如下:径向间隙进口:
径向间隙出口:
轴向间隙进口:
轴向间隙出口:
其中:
ξi为入口压力损失系数;
ξe为出口压力恢复系数;
pi为间隙进口压力,单位为Pa;
pe为间隙出口压力,单位为Pa。
3.根据权利要求2所述的基于全流场计算的大功率离心泵转子动力特性分析方法,其特征在于:
所述步骤2.3微元控制方程组的求解方法具体为;
采用摄动法对步骤2.1所得的流体微元控制方程组进行求解取位移偏心小量为摄动变量,将周向速度、轴向速度、压力分布和径向间隙用摄动变量表示,将微元控制方程组简化为关于摄动量的零阶与一阶摄动方程;
结合步骤2.2建立的边界收敛方程,将原方程组的求解化简为一阶微分方程组的数值求解问题,采用打靶法对该方程组进行求解,可得间隙流道内流体速度、压力分布函数、流体激振力及其等效动力学特性参数。
4.根据权利要求1‑3任一所述的基于全流场计算的大功率离心泵转子动力特性分析方法,其特征在于:
所述步骤S3中转子系统运动方程为:其中M为质量矩阵,C为阻尼矩阵,K为刚度矩阵;
Frin为作用于诱导轮上的流体激振力,Frim为作用于叶轮上的流体激振力,Funb为加工、安装误差引起的不平衡质量激励,Fgear为运行过程中传动引起的齿轮啮合力。
5.根据权利要求4所述的基于全流场计算的大功率离心泵转子动力特性分析方法,其特征在于:
所述步骤S1中对待检测离心泵转子系统内流动进行全流场数值计算的方法为:
1.1、使用三维建模软件UG建立与待分析的离心泵转子系统相对应的大功率离心泵全流场的水力模型;
1.2、使用网格划分软件ICEM对步骤1.1中建立的大功率离心泵全流场的水力模型进行网格划分;
1.3、使用FLUENT商用CFD软件对该待分析的大功率离心泵内流动进行全流场数值计算。
6.根据权利要求5所述的基于全流场计算的大功率离心泵转子动力特性分析方法,其特征在于:
所述基于步骤S1中全流场数值计算的结果对全流场非定常流动特性进行分析的方法为:从大功率离心泵全流场数值计算的结果中提取流体在全流场中的流动压力云图、速度云图、涡量云图及速度矢量图,对其全流场非定常流动特性进行分析。