基于流固耦合的闭式离心叶轮结构强度分析

刘巍， 龚宪生， 张连凯

（1.重庆机电职业技术学院，重庆400044；2.重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044）

0 引言

离心压缩机具有单级高压比、高效率的特点，广泛用于化工、航天、能源等领域。闭式离心叶轮是单级压缩机里的核心零件。由于叶轮转速高、叶片形状复杂、叶片内流场多为湍流流场，叶轮在工作时会受到离心力和气动压力的双重作用[1]。因此离心叶轮的强度问题是一个流固耦合问题。

截至目前，国内外学者对离心叶轮的强度问题进行了大量研究。吴海燕[2]分析了开式叶轮叶片在离心力载荷和气动压力载荷下的应力与变形，结果表明离心力载荷占主导作用。王松岭等[3]运用弱耦合方法对风机用叶轮进行了强度研究，发现最大等效应力发生在轮盘处，最大变形却发生在叶片吸力面处。孔繁余等[4]利用ANSYS软件对高温泵用离心叶轮进行了应力应变分析，结果揭示泵叶片根部出现了应力集中。张小伟、王延荣等[5]发展了一种流固弱耦合的数值方法，并用此预测了NASA 67转子叶片的模态和气动弹稳定性，计算结果表明该方法用于判断涡轮机械叶片气弹稳定性是可行的。施卫东、徐燕等[6]通过对叶轮进行流固耦合研究，发现其叶轮应力分布受流体压力影响较大，而受离心压力的影响较小。

本文针对某空调用闭式离心叶轮进行流固耦合分析。主要对三种不同工况（小流量0.4Qd、设计流量Qd、大流量1.4Qd）下的叶轮进行了强度分析，确定其应力分布，校核其强度。……