排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报  2014, Vol. 32 Issue (11): 984-989    DOI: 10.3969/j.issn.1674-8530.14.0045
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隔膜泵液力特性的数值模拟
张洪生, 史有程, 徐波
兰州理工大学机电工程学院, 甘肃 兰州 730050
Numerical simulation on hydraulic characteristics of
diaphragm pump
Zhang Hongsheng, Shi Youcheng, Xu Bo
School of Mechanical and Electronical Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China
 全文: PDF (1516 KB)   HTML (1 KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 为丰富往复式隔膜泵隔膜设计理论进而解决隔膜寿命不足的问题,对隔膜泵液力端动态特性进行流固耦合数值模拟计算.结果表明:一个运动周期内隔膜应力脉动幅度很大,最大应力值约为最小应力值5倍;隔膜上边缘为应力集中区域,该结论也符合工程中上边缘为疲劳破坏高发区的事实;活塞冲次不高于50 min-1时对隔膜应力的影响较小,但当活塞冲次较高时隔膜应力增大非常明显;泵排量占隔膜吞吐能力体积分数应低于85%,该比例超过85%时隔膜应力值急剧增大.采用的计算方法较好地解决了由于活塞、隔膜运动所引起的计算区域变化问题,实现了隔膜泵吸、排液过程的流固耦合分析.
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关键词隔膜泵   隔膜运动特性   隔膜应力   活塞冲次   流固耦合分析   数值模拟     
Abstract: In order to enrich diaphragm design theory of reciprocating diaphragm pump so as to extend diaphragm fatigue life, a numerical simulation analysis is carried out on the liquid end of a diaphragm pump, and the motion characteristics of diaphragm and the influences of related parameters on the stress in it and the motion itself are investigated throughout. Because the diaphragm is deformable and driven by a unsteady pressure in the liquid end, fluidstructure interaction has to be taken into account in the simulation. The results show that the fluctuation amplitude of stress in the diaphragm is very high in a cycle of diaphragm motion, namely the maximum peak stress is as high as more than five times the minimum peak stress. The stress concentration region is located at the diaphragm edge. It has been observed that this region frequently is subject to fatigue damage in applications. When a piston stroke is less than 50 min-1, the diaphragm stress is little affected by it; or the diaphragm can experience a significantly increased stress. The ratio of pump displacement to diaphragm capacity should be lower than 85%, otherwise the diaphragm stress increases very sharply. The methods adopted can handle the change in computational domain caused from the motion of the piston and diaphragm quite well. As a result, an analysis of fluidstructure interaction has been realized for the suction and discharge processes of a diaphragm pump.
Key wordsdiaphragm pump   diaphragm movement characteristic   diaphragm stress   piston stoke   fluidstructure interaction analysis   numerical simulation   
收稿日期: 2014-04-10;
基金资助:

国家自然科学基金资助面上项目(51275226); 甘肃省高等学校基本科研业务费专项资金资助项目(1202ZTC057)

通讯作者: 史有程(1991—),男,甘肃临夏人,硕士研究生(通信作者,sycfred@163.com),主要从事隔膜泵数值模拟研究.   
作者简介: 张洪生(1962—),男,甘肃武威人,教授(zh-h-sh@163.com),主要从事石油钻采机械成套设备的设计及产品开发研究. 史有程(1991—),男,甘肃临夏人,硕士研究生(通信作者,sycfred@163.com),主要从事隔膜泵数值模拟研究.
引用本文:   
. 隔膜泵液力特性的数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(11): 984-989.
. Numerical simulation on hydraulic characteristics of
diaphragm pump[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engin, 2014, 32(11): 984-989.
 
没有本文参考文献
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