【摘要】：廣泛運用于工業(yè)、農業(yè)中的離心式通風機是一種高效率的流體機械。由于通風機在工作環(huán)境中不可避免有固體顆粒進入,從而導致了顆粒對風機的摩擦、碰撞、反彈、磨損和積聚等問題,影響了葉輪機械的可靠性和使用壽命。為了提高風機效率、延長風機壽命,所以掌握風機內部氣固兩相流動規(guī)律是十分必要的。目前利用數(shù)值模擬是研究葉輪內部流場的一種主要方法。本文對離心式通風機分別對氣體單相流和氣固兩相流進行數(shù)值模擬。 首先運用風機實際尺寸在軟件PRO/E中建立物理模型,在GAMBIT中劃分網(wǎng)格,對葉輪和蝸殼較復雜區(qū)域采用小尺度的非結構化網(wǎng)格。在進口和蝸殼上采用了分區(qū)域劃分,部分采用了大尺度劃分結構化網(wǎng)格。在FLUENT中采用三維時均N-S方程和標準K-E兩方程湍流模型為基礎,利用SIMPLE算法,葉輪區(qū)域采用旋轉參考系,邊界條件分別為速度進口和壓力出口,對離心式通風機進行氣體單相流數(shù)值模擬。當氣流場的計算收斂后,對氣固兩相流的數(shù)學模型采用與單相流相同的邊界計算條件,在進口處設定離散相射源,采用拉格朗日顆粒軌道模型單相耦合法跟蹤固體顆粒在風機內部的運動軌跡。通過數(shù)值模擬的計算結果與相關實驗文獻結論一致,得到了風機內部很多特殊現(xiàn)象,如：二次流,渦流,以及粒徑為0.03mm,0.05mm,0.1mm的顆粒的運動軌跡。 模擬結果顯示,固體粒子在進入葉輪和葉片的流道中時被分成兩股氣流。由于在進入葉輪時有一個90°的轉彎,所以較大的粒子將沖擊在葉輪的后盤上,而后即沿著后盤流動。較小的粒子被氣流帶著轉動,并從向著葉輪后盤流動的較大粒子中分離出來。在模擬結果中還發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象：粒子進入葉輪后,管道對固體粒子不再起抽吸作用,粒子將或多或少的彈跳于葉片的工作面上,并且會反彈回來或繼續(xù)著滑動或滾動著過去；較大的粒子直接沿葉片的工作面流動,而非常小的粒子則沿非工作面滑動或粘附于葉片非工作面上,所以這些小粒子有可能沉積在葉片表面的凹坑中；沉積在葉片非工作面上的較小粉塵,開始只有少數(shù)幾處沉積粒子以后沉積區(qū)逐漸變大,直至葉片的非工作面上全部覆蓋上粒子。但是由于流體會在此處形成小的漩渦,微小的粒子在這里是朝相反的方向運動,所以葉片非工作面受到的磨損是滑動磨損。而在工作面上由于是較大的粒子依照其慣性的沖擊,所以在葉片的工作面上受到的沖蝕磨損較嚴重。 本文數(shù)值模擬結果和現(xiàn)場檢測結果對比,發(fā)現(xiàn)用本文的方法對風機模擬可以很好的預測風機的內部流動現(xiàn)象,對風機的優(yōu)化設計具有指導意義。
【圖文】：

在工程技術界還曾出現(xiàn)推廣學習CFD技術的熱潮。這標志著CFD技術終于成功走出學術研究的象牙之塔，成為工程設計的重要手段。CFD在工程計算中應用的過程可以由下面的流程(見圖2.1)表達。目前占領商用市場比較大的通用CFD軟件有:FLUENT、CFX、PHOENIcS、STAR一CD，除了FLUENT是美國公司的軟件外，其它三個都最先由英國公司開發(fā)研制。這些商業(yè)軟件的創(chuàng)始人一般都是歐美名牌大學的著名教授，對計算流體力學做出巨大貢獻，在國際計算流體力學領域享有非常高聲望的名家。在軟件的發(fā)展過程中有數(shù)以百計的在計算流體力學，數(shù)學和計算機領域優(yōu)秀的博士為其添磚加瓦。因為計算流體力學軟件巨大的商業(yè)價值(一份軟件使用許可證可能就需要幾十萬美元)，各個公司為了在市場中占據(jù)更多的份額，對CFD的研究做出了巨大投入，也取得了很多成果。所以，現(xiàn)在軟件中使用的一些計算流體技術比國際頂級的學術期刊中發(fā)表的技術還要更具有前瞻性。FLUENT軟件是基于非結構化網(wǎng)格的通用CFD求解器

本文分析對象為4一73恤10D型離心通風機，采用繪圖軟件PRO/E根據(jù)立物理模型:葉輪區(qū)域(如圖3.1所示)，整機(如圖3.2所示)。通風進氣室、集流器、葉輪、和蝸殼組成。在Pro/e軟件中建立各部分模決問題的方便，在整機的裝配中讓絕對坐標和相對坐標處于同一位置，葉輪后盤中心外壁上，J軸負方向為蝸殼出口方向，y軸負方向為蝸向，Z軸正方向為進氣室進口方向。葉片后傾，進、出口角分別為32。葉輪內徑720mm，葉輪外經1000nun，葉片進口寬350mm，葉片出口寬25室吸風口為1300mmx600mm，蝸殼寬650mm，出風口為900mmx650nnn2個，轉速1200r/min。為了能夠給出符合實際的邊界條件，因此，在對離心式通風機進行建需要在進風口以及出風口各延長一段管道。添加這些管道的主要目的充分發(fā)展。在GAMBrr軟件中，是對分析對象建立的模型進行劃分網(wǎng)中，我們所要分析的是通風機中氣體流道，所以在PRO/E中就要對實用互補的原則，，建立通風機流道模型如圖3.3所示。
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH432

【引證文獻】

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1 劉桂鳳;渦流空氣分級機內氣流及氣固兩相流的數(shù)值模擬研究[D];北京化工大學;2011年

本文編號：2629495