基于响应面法的动力引鞋驱动涡轮性能研究

摘要

为了分析涡轮工作参数和结构参数对涡轮水力效率和最大等效应力的影响规律,以水力驱动涡轮引鞋工具的涡轮为研究对象,考虑涡轮与流体之间的流固耦合作用,利用有限元方法对相关参数进行单因素敏感性分析并筛选影响较大的参数,然后建立关于涡轮水力效率和最大等效应力的多因素多水平的响应面分析模型,最后拟合对应的回归方程。研究结果表明:涡轮最大等效应力发生在涡轮转子叶片根部,且应力由根部向另一端递减;建立的涡轮最大等效应力和水力效率与设计变量的响应面模型具有较高的拟合精度,满足计算要求;涡轮的水力效率受流体的流量影响较大且随着流量的增大而增大,增幅58.41%;涡轮转子的最大等效应力受流体流量、流体密度与涡轮定转子叶片数的影响显著,并随着这些因素的增大而呈现正增长趋势,增幅分别为146.81%、66.20%和23.91%。研究结果可为水力驱动涡轮引鞋工具的设计提供理论依据,还可为涡轮的流固耦合相关研究提供参考。