混流泵应用轻质材料是减重的主要措施之一。基于CFturbo叶轮机械设计软件开发混流泵,提出在叶轮、导叶中采用不同轻质材料组合的方案,并基于CFD仿真单向流固耦合技术,从混流泵的外特性曲线性能、叶轮及导叶的应力与形变3个方面,对6种组合方案综合评估,验证单向流固耦合技术分析方法对轻质材料在混流泵中应用的可行性。结果表明:不同材料的叶轮对混流泵的性能影响较小;在不同流量下,叶轮与导叶采用不同材料时的最大应力与最大形变分别发生在叶片轮缘处和导叶进口处,并且最大应力值和最大形变量随流量的增加反而减小;叶轮和导叶采用轻质材料的3种可行的组合方案中,混流泵的总质量最小为29.74 kg,减重比达16.86%;最大为32.08 kg,减重比达10.32%。

基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析，采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench，基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算，获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况，分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明，各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中；叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大，并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小，在0．4倍设计流量工况下最大为10．581MPa；叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大，在设计流量工况下最小为0．0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。