混流式喷水推进泵叶轮强度计算与分析方法

"混流式喷水推进泵叶轮强度计算和分析 (2014年) - 中南大学学报(自然科学版), 李留洋, 王永生, 魏应三, 付建, 靳栓宝" 这篇论文详细探讨了如何运用计算流体力学（CFD）和有限元方法（FEM）来计算混流式喷水推进泵叶轮的静强度和动强度。混流式喷水推进泵在海军工程和船舶动力系统中扮演着重要角色，其叶轮的强度直接影响设备的可靠性和效率。 首先，研究者对一种特定的国外混流式喷水推进泵进行了流场计算的几何建模和叶轮强度计算的有限元建模。通过CFD方法，他们分析了泵的敞水性能，即在无固定边界条件下的性能表现，并将这些计算结果与制造商提供的数据进行了对比，以验证所建立的数值模型和计算方法的准确性。 接着，研究者进一步计算了"喷水推进泵+流道+船体"的整体稳态流场，这是为了获取更加真实的运行环境。基于稳态流场，他们又计算了内部的非定常流场，从而得到叶轮表面的脉动压力载荷。这些脉动压力载荷是导致叶轮动态行为的关键因素。 在载荷分析阶段，研究者考虑了多种作用在叶轮上的力，包括重力、离心力、流体静压力以及由于非定常流场产生的动压力。通过有限元分析，他们对叶轮的静强度和动强度进行了详尽的计算和分析。 结果显示，叶轮的叶片强度符合设计要求，其最大变形量未超过叶轮叶顶的间隙，确保了叶轮在工作过程中的稳定。然而，叶片根部出现了应力集中现象，这是设计中需要特别关注的问题。叶片的最大变形出现在叶片顶端的导边位置，这可能会影响叶片的疲劳寿命和整体性能。 相比静态分析，动态强度分析更能准确反映出叶片表面的实际应力和应变情况，这对于评估叶轮在实际工作条件下的耐久性至关重要。这项研究为混流式喷水推进泵叶轮的设计优化提供了理论基础和计算工具，对于提高泵的性能和可靠性具有重要意义。