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基于 ADINA 的大型隔膜泵氮氣包四通流固耦合分析論文
1 前言
隔膜泵作為固 - 液兩相介質輸送的關鍵設備，因其具備適用流量、壓力范圍廣、性能穩(wěn)定等優(yōu)點在石油、冶金和煤化工等領域得到了日益廣泛的應用。受隔膜泵工作原理的影響，礦漿輸送過程中會產生流量與壓力脈動。由于個別行業(yè)對于脈動的要求較高，因此，在隔膜泵設計中利用氮氣包來降低流道的脈動率。其中，氮氣包四通的流道結構是影響氮氣包作用效果的因素之一。為了確保氮氣包所發(fā)揮的作用最大化，需分析得出結構更優(yōu)的四通結構。本文利用有限元分析軟件 ADINA 對氮氣包四通進行流固耦合分析，對比不同結構的四通對脈動率的影響，確定更優(yōu)的氮氣包四通結構。
2 氮氣包四通流固耦合分析
2.1 模型建立與邊界條件
通過兩種不同結構的氮氣包四通分析四通對脈動率的影響，兩種四通結構三維圖如圖 1 所示，其不同體現(xiàn)于進料口與出料口的軸距，原結構為 75mm，這 里 稱 之 為 結 構 一， 改 進 后 軸 距 為150mm，這里稱之為結構二。其中，氮氣包容積為 80L。首先，取四通內部設置為流體部分，在空氣包內部貼近下表面建立結構層，定義為金屬板，使空氣包分為兩部分，上部充入氮氣，底部與四通流體相連。然后，對兩種結構的氮氣包的幾何模型進行簡化并進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格均為四面體單元，結構層以下劃分 4層流體層，以便于網(wǎng)格拉伸。兩種結構空氣包的流體與結構部分網(wǎng)格。
流體部分邊界條件與載荷如下：氮氣包頂面、下表面、四通整個外壁設置為固定墻，氮氣包側壁設置為滑移墻，氮氣包與結構部分相接面設置為流固耦合邊界，出料管口設置為固定墻，但需留出一個單元作為流體出口，兩個進料口給定進口速度，速度按照一定函數(shù)給定。氮氣包上部定義為氮氣，并沖入初始壓力，下部與四通流場定義為水。
結構部分邊界條件如下：結構部分的流固耦合邊界與流體部分對應。整個結構部分限定在豎直方向運動。
2.2 兩種結構的結果分析
通過 ADINA 分析軟件對兩種不同結構進行計算分析，得到以下兩種計算結果。
對比兩種結構的結果，可以得出，在相同加載情況下，兩種結構在最終時刻所達到的壓強相同，但結構二的結構部分上升的最大位移比結構一更大，證明結構二氮氣包的緩沖流體脈動的能力更強，有利于降低隔膜泵運行過程中所產生的脈動率。
結語
綜上分析結果可以看出，在相同加載情況下，結構二的氮氣包內的結構部分上升的位移更大，證明結構二的四通更有利于降低脈動率。因此，適當修改四通結構，提高進料口與出料口的軸距，有利于降低隔膜泵運行過程中所產生的脈動率。
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