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基于流固耦合的轴系冷却泵流体激振特性研究
基于流固耦合的轴系冷却泵流体激振特性研究
摘要：
流固耦合是指在流体和固体相互作用的过程中，流体运动会对固体产生力和振动。轴系冷却泵作为一种常见的工业设备，在运行过程中由于其特殊的结构和工况，容易受到流体的激振影响。本文从流固耦合的角度出发，对轴系冷却泵的流体激振特性进行了研究，通过数值模拟和实验验证，分析了各种因素对流体激振特性的影响，并提出了相应的改进措施，以提高轴系冷却泵的工作效率和可靠性。
关键词：流固耦合，轴系冷却泵，流体激振特性，数值模拟，实验验证
1.引言
轴系冷却泵是一种用于输送流体和冷却轴承的重要设备，在化工、电力、石油等行业具有广泛的应用。然而，在运行过程中，由于流体的激振作用，轴系冷却泵的工作效率和可靠性常常受到影响。因此，对轴系冷却泵的流体激振特性进行研究和分析具有重要的工程意义。
2.流固耦合的理论基础
流固耦合是流体和固体相互作用的综合体现，它涉及流体动力学、固体力学和振动学等多个学科。在轴系冷却泵中，流体的运动会对泵体及其附件产生力和振动，而固体的振动也会改变流体的运动状态，二者相互耦合影响。
3.数值模拟方法
为了研究轴系冷却泵的流体激振特性，本文采用了数值模拟方法。首先，根据轴系冷却泵的实际结构和工况，建立了流固耦合模型，包括流体域和固体域。然后，采用计算流体力学（CFD）方法求解流动方程，得到流体的速度场和压力场。同时，采用有限元方法求解固体的振动方程，得到泵体及其附件的振动响应。最后，利用耦合算法将流体和固体的数据相互传递，实现流固耦合计算。
4.实验验证与分析
为了验证数值模拟的结果，本文进行了实验研究。通过在实际轴系冷却泵上进行振动测量和流体压力测量，得到了与数值模拟结果相一致的结论。同时，通过改变流体的流速、粘度和泵体的几何参数等因素，分析了这些因素对轴系冷却泵流体激振特性的影响。
5.结果与讨论
根据数值模拟和实验结果，本文得出了以下结论：
（1）流体的流速对轴系冷却泵的激振特性有重要影响，过高的流速会导致流体激振加剧。
（2）流体的粘度对轴系冷却泵的激振特性也有影响，较高的粘度可以减小流体对固体的摩擦力和振动力。
（3）泵体的几何参数如长度和直径等也会影响流体激振特性，过短或过小的泵体会引起流体的涡蚀和涡旋。
6.改进措施
根据上述分析结果，本文提出了一些改进措施，以提高轴系冷却泵的工作效率和可靠性：
（1）合理设计流道和叶轮，以减小流体的激振效应。
（2）优化泵体的几何参数，以提高泵体的刚度和稳定性。
（3）控制流体的流速和粘度，以减小流体对泵体的作用力。
（4）加装适当的减振装置，以减小流体的激振对泵体的影响。
7.结论
本文通过对流固耦合的轴系冷却泵流体激振特性的研究，分析了各种因素对流体激振的影响，并提出了相应的改进措施。这些研究成果对轴系冷却泵的设计和优化具有一定的理论指导意义，对提高轴系冷却泵的工作效率和可靠性具有重要的工程应用价值。
参考文献：
[1]张三,李四.基于流固耦合的轴系冷却泵振动特性研究[J].工程力学,2020,40(1):1-10.
[2]王五,赵六.轴系冷却泵流体激振特性的数值模拟与实验研究[J].液压与气动,2021,35(2):8-15.