Создание расчетных сеток
На основе полученных результатов можно сделать вывод об отсутствии необходимости выполнять расчет шнека в постановке (FSI), т.к. деформации не превышают погрешности изготовления шнека, однако, с целью освоения новой методики расчета (FSI) (которую можно применять для расчетов собственных частот колебаний турбинных лопаток при взаимодействии с потоком газа или пара или при расчете флаттера и т… Читать ещё >
Создание расчетных сеток (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Построение конечно-элементной сетки для расчета течения осуществлялось в хорошо зарекомендовавшим себя сеточном генераторе ICEM CFD, обладающим большими функциональными возможностями и удобным пользовательским интерфейсом.
Расчетная сетка для расчета обтекания состояла из ~1445 тыс. элементов. Из них ~1000 тыс. — тетраэдры и ~445 тыс. призматические элементы созданные для достижения равномерной точности расчета в местах быстрого изменения параметров течения, в частности, у стенок: поверхности лопасти, втулки и наружной стенки проточной части. Вблизи входной и выходной кромок производилось сгущение элементов сетки.
Сетка для расчета на прочность создавалась в среде Workbench.
Для уменьшения времени расчета на поверхностях периодичности топология сетки задана идентичной, что позволяет решателю Ansys проводить вычисления без дополнительной интерполяции. Расчетная сетка состояла из ~412 тыс. тетраэдров.
Расчетные сетки представлены на рис. 2.
Рис. 2. Расчетные сетки
Задание граничных условий и выполнение расчета
Так, как одним из граничных условий для расчета шнека на прочность является распределение давления по его лопастям и втулке, то перед выполнением расчета на прочность осуществляется гидравлический расчет.
Расчет течения в проточной части шнека выполнен в Ansys CFX 12 и ни чем не отличается от стандартного расчета течения в любом элементе проточной части насоса. На входе задавалось полное давление, на выходе — массовый расход, соответствующий номинальному режиму работы. Также задавалась частота вращения шнека (n=1485 об/мин).
На рис. 3. показано распределение давления по поверхностям шнека, полученное по результатам расчета.
Расчет шнека на прочность выполнен методом конечных элементов в среде Workbench v12.1 (Ansys).
На рис. 4 представлен граничные условия для поверхностей модели (поверхности периодичности, импортированные давления, зафиксированная посадочная поверхность втулки и частота вращения шнека).
Рис. 4. Задание граничных условий
Анализ результатов расчета
Расчетное значение напора шнека по результатам расчета пространственного течения вязкой жидкости составило 9,2 м, гидравлический КПД зШ=89%.
На рис. 5 представлены расчетные значения напряжений в теле шнека, а на рис. 6 — полные деформации.
Рис. 5. Напряжения в теле шнека
Рис. 6. Полные деформации шнека
Из рис. 5 видно, что максимальные напряжения не превышают 14,6 МПа (146 кгс/см2) при пределе текучести материала шнека ут=445 МПа. Таким образом, запас по прочности обеспечен с коэффициентом k=30.
Из рис. 6 следует, что максимальные деформации не превышают 0,05 мм.
На основе полученных результатов можно сделать вывод об отсутствии необходимости выполнять расчет шнека в постановке (FSI), т.к. деформации не превышают погрешности изготовления шнека, однако, с целью освоения новой методики расчета (FSI) (которую можно применять для расчетов собственных частот колебаний турбинных лопаток при взаимодействии с потоком газа или пара или при расчете флаттера и т. д.), расчетный цикл все же был проведен.