摘 要：模态分析是指畅通构件在平时责任时为幸免发生共振表象而欺诈的一种分析智商。著述选拔基于双向流固耦合的运算智商，对错位六弯叶桨(6PBT)在静模态和预应力模态下的固有频率和振型图进行对比分析。预应力模态分析在流变指数分别为n=0.9、0.7和0.5的黄原胶溶液(一种比拟典型的假塑性流体)中进行。肃除标明：流体流变性对桨叶的振型散布和模态频率基本莫得影响，在静模态和预应力模态下6PBT桨的振型散布疏导，均发挥为1～6阶为扭转振型，7～10阶为迂回振型，桨叶的模态频率并未发生较大变化，说明搅动介质与桨叶的互相耦合营用并莫得对6PBT桨的模态酿成很大影响。因此6PBT桨在搅动不同流变指数的假塑性流体时开云kaiyun官方网站，其固有频率和振型散布具有宗旨性的特质，在很猛进度上裁汰了搅动桨在搅动进程中出现共振表象的概率。
关节词：流固耦合 错位六弯叶桨 假塑性流体 模态分析
在石油、化工和制药等规模经常会遭遇搅动介质为假塑性流体的情况【1-3】。区别于常见的牛顿流体，假塑性流体的粘度会跟着切应力的增大而减小，这种格外的流变脾性使得假塑性流体在被搅动进程中不同位置处的粘度不同【4】，因此在搅动的介质为假塑性流体时需要特等温煦开发的宗旨性问题。搅动桨当作搅动开发的遑急构成部分，不同模态下的频率和振型等参数径直关系到搅动开发的平稳动手。搅动进程中桨叶和介质间存在流固耦合的作用，导致桨叶发生变形和振动等表象，当桨叶在搅动进程中预应力模态下的固有频率与静模态下的固有频率接近时，可幸免共振表象发生【5】。为了幸免发生共振表象,对搅动桨进行模态分析是很有必要的。
当今,利用流固耦合智商酌量流体和固体之间的互相作用受到很多学者的爱重，其中王人立龙【6】选拔单向流固耦合的计较智商对双向泵的模态进行酌量，肃除标明，预应力对不同尺寸泵的变化频率影响不同；赵婉丽【7】欺诈双向流固耦合的智商分别对柔性桨和刚性桨的尾涡以及湍动能散布端正进行了酌量，得出尾涡随相位角的增多向槽壁地点畅通、高湍流区位于叶片端部三角区域的论断；栾德玉等【8】利用双向流固耦合的智商对错位六弯叶桨(6PBT)与六弯叶桨(6BT)搅动假塑性流体脾性进行分析酌量，从桨叶的应力散布情况、变形量大小等方面发扬了错位六弯叶桨的上风；朱俊【9】选拔疏导的智商，通过分析刚性桨及刚柔组合桨的等效应力和总变形量，得出相干于刚性桨而言刚柔组合桨功率耗尽较低、搅动介质的混杂后果光显提升的论断；巩亚东【10】等在粘度不同的情况下，分别对搅动装配的转矩大小、桨叶变形情况进行了双向流固耦合酌量，发现了物料的粘度值对搅动装配的转矩影响较大、而搅动釜中物料填充率对搅动桨转矩影响不大的特质。6PBT桨对流体的粘度范围具有较强的适用性，相配稳健于假塑性流体的搅动进程【11】，但当今对错位六弯叶桨在搅动流体的进程中、桨叶与流体互相战争情况下桨叶产生的固有频率和振型还未进行筹商酌量。本文通过双向流固耦共计较，在静模态和预应力模态下对6PBT桨的固有频率和振型进行分析，并探讨流体流变性对固有频率和振型特征的影响，为6PBT桨的骨子应用提供模仿。
1 模子几何结构与网格差异
搅动槽选择圆柱筒体平底式，圆筒内径T=210 mm，4块矩形挡板均匀散布在搅动槽的四周，其宽度w=T/10;6PBT桨桨径D=T/2，桨叶宽度b=T/10、厚度为2 mm、后弯角θ=30°，搅动轴直径d=16 mm；错位六弯叶桨桨叶中心位置距离搅动槽槽底高度C=T/3,槽内液位高度H=T。搅动槽及搅动桨露出如图1所示。
图1 搅动槽及搅动桨露出
利用Workbench中的Mesh模块对搅动槽及搅动桨进行网格差异，选拔非结构四面体网格单位对流体域进行龙套化处理，相干于静区域，对速率梯度比拟大的桨叶周围的转子区域选拔比拟密集的网格。为考证网格的无关性，以转子区的速率大小及搅动器功率准数的改造量均不跨越3%为依据，本文最终选拔1 106 226个网格单位数对计较域进行龙套。搅动槽及搅动桨网格差异见图2。
图2 搅动槽及搅动桨网格差异
2 计较智商
基于双向流固耦合的计较智商，固体域在Workbench软件的transient structure模块进行模拟，在Modal模块中诞生范畴条目为搅动轴切向解放、径向与轴向固定料理，忽略轴的舞动,搅动桨叶片诞生为fluid flow interface;流体域在Fluid Flow模块中进行模拟，搅动介质为黄原胶溶液，模拟选拔瞬态动网格的模拟智商，同期开启κ-ε湍流模子方程，并将料理残差诞生为1×10-4，搅动桨耦合面诞生为system coupling，液面范畴条目诞生为symmetry；流体域和固体域的时辰步长均诞生为0.001s。双向流固耦合的计较进程在ANSYS的责任界面包含A、B、C、D 4个方面，模子的栽培在模块A(Geometry)中进行，将建好的模子传输给B(Fluid Flow)和D(Transient Structural)模块调用，终末将B模块和D模块沿途导入到C(System-Coupling)模块中进行计较。各模块的衔接露出如图3所示。
图3 双向流固耦合模拟智商模块衔接露出
3 肃除与探究
模态分析是分析物体在激勉景况下的能源反应，是能源学分析的一种。在分析软件ANSYS Workbench中的Modal模块进行模态分析,并利用模态分析中的Block-Lanczos智商进行模态频率的索求，能得到较快的料理速率【12】。静模态分析是指在无外部介质战争的情况下，对桨叶自身固有频率和振动形态的分析。静模态只取决于桨叶自己的性质，如材料、体积、形态、衔接神气和转速等。预应力模态分析是指在责任景况下，利用Static Structure和Modal模块对桨叶进行的模态分析。模态分析进程露出如图4所示。
3.1 6PBT桨叶在静模态和预应力模态下的固有频率
表1是6PBT桨在转速为120 r/min时静模态和不同流变指数的预应力模态下前10阶固有频率值大小的对比情况。由表1不错看出，阶次疏导期，6PBT桨在不同流变指数下(n=0.9、0.7和0.5)的固有频率与静模态下的固有频率趋于疏导，由此可见，流体流变指数的变化并莫得使桨叶的固有频率发生较大变化(其固有频率的最大变化量仅为0.1%)。因此6PBT桨在搅动假塑性流体时，可有用幸免共振表象发生。
3.2 6PBT桨叶在静模态和不同流变指数的预应力模态下的振型分析
图5和图6分别是6PBT桨在转速为120 r/min 时、静模态和流变指数分别为n=0.5、0.7和0.9的预应力模态下的前10阶振型图。由图5和图6不错看出：静模态下桨叶的前6阶为扭转振型，第7～10阶为迂回振型；在预应力模态下，搅动不同流变指数的假塑性流体时，桨叶振型图与静模态的振型图散布脾性一致，莫得出现振型的光显变化。
表2是6PBT桨在静模态和流变指数分别为n=0.5、0.7和0.9的预应力模态下的前10阶振型值最大变化量的对比情况。由表2可知，6PBT桨在静模态和预应力模态下最大振型幅值均仅为9.1%，总体来说桨叶振型幅值变化呈略减小趋势，因此6PBT桨稳健搅动流变指数不同的假塑性流体。6PBT桨在转速为150 r/min与180 r/min 时静模态与预应力模态下固有频率及振型幅值的变化端正与120 r/min时的变化端正疏导，本文由于篇幅所限，不再逐个呈现。
图4 模态分析进程露出
表1 6PBT桨在静模态和预应力模态下前10阶固有频率计较肃除比拟
注： fsm——静模态下桨叶的固有频率，Hz；fpm0.9，fpm0.7，fpm0.5——分别为流变指数为0.9、0.7、0.5时的预应力模态的固有频率，Hz。
表2 6PBT桨静态模态和预应力模态前10阶振型幅值最大值肃除对比
注： Δsm——静模态下的振型幅值,mm； Δpm0.9，Δpm0.7，Δpm0.5——分别为流变指数为0.9、0.7、0.5的预应力模态下振型幅值,mm。
图5 6PBT桨在静模态下的前10阶振型(部分)
4 结语
基于双向流固耦合的模拟智商对6PBT桨在静模态和预应力模态下的固有频率和振型图进行酌量，得出了以下论断：
1) 6PBT桨桨叶在预应力模态和静模态下的固有频率最大变化值仅为0.1%，因此6PBT桨可幸免发生共振表象。
2) 在静模态和预应力模态下，6PBT桨桨叶的振型散布一致，均发挥为1～6阶为扭转振型，7～10阶为迂回振型，标明流体的流变性对模态振型影响很小。
3) 在不同的流变指数下，6PBT桨的最大振型幅值仅为9.1%，标明6PBT桨稳健搅动流变指数不同的假塑性流体。
图6 6PBT桨预应力模态下(n=0.5，0.7，0.9)的前10阶振型(部分)
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