1 前言
隔膜泵作为固 - 液两相介质输送的关键设备，因其具备适用流量、压力范围广、性能稳定等优点在石油、冶金和煤化工等领域得到了日益广泛的应用。受隔膜泵工作原理的影响，矿浆输送过程中会产生流量与压力脉动。由于个别行业对于脉动的要求较高，因此，在隔膜泵设计中利用氮气包来降低流道的脉动率。其中，氮气包四通的流道结构是影响氮气包作用效果的因素之一。为了确保氮气包所发挥的作用最大化，需分析得出结构更优的四通结构。本文利用有限元分析软件 ADINA 对氮气包四通进行流固耦合分析，对比不同结构的四通对脉动率的影响，确定更优的氮气包四通结构。
2 氮气包四通流固耦合分析
2.1 模型建立与边界条件
通过两种不同结构的氮气包四通分析四通对脉动率的影响，两种四通结构三维图如图 1 所示，其不同体现于进料口与出料口的轴距，原结构为 75mm，这 里 称 之 为 结 构 一， 改 进 后 轴 距 为150mm，这里称之为结构二。其中，氮气包容积为 80L。首先，取四通内部设置为流体部分，在空气包内部贴近下表面建立结构层，定义为金属板，使空气包分为两部分，上部充入氮气，底部与四通流体相连。然后，对两种结构的氮气包的几何模型进行简化并进行网格划分，网格均为四面体单元，结构层以下划分 4层流体层，以便于网格拉伸。两种结构空气包的流体与结构部分网格。
流体部分边界条件与载荷如下：氮气包顶面、下表面、四通整个外壁设置为固定墙，氮气包侧壁设置为滑移墙，氮气包与结构部分相接面设置为流固耦合边界，出料管口设置为固定墙，但需留出一个单元作为流体出口，两个进料口给定进口速度，速度按照一定函数给定。氮气包上部定义为氮气，并冲入初始压力，下部与四通流场定义为水。
结构部分边界条件如下：结构部分的流固耦合边界与流体部分对应。整个结构部分限定在竖直方向运动。
2.2 两种结构的结果分析
通过 ADINA 分析软件对两种不同结构进行计算分析，得到以下两种计算结果。
对比两种结构的结果，可以得出，在相同加载情况下，两种结构在最终时刻所达到的压强相同，但结构二的结构部分上升的最大位移比结构一更大，证明结构二氮气包的缓冲流体脉动的能力更强，有利于降低隔膜泵运行过程中所产生的脉动率。
结语
综上分析结果可以看出，在相同加载情况下，结构二的氮气包内的结构部分上升的位移更大，证明结构二的四通更有利于降低脉动率。因此，适当修改四通结构，提高进料口与出料口的轴距，有利于降低隔膜泵运行过程中所产生的脉动率。