【摘要】：離心機通過高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力,作用在樣品上,來模擬樣品所承受的力學環(huán)境。由于其生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長、制造安裝工程巨大,在設計之初通過數(shù)值模擬方法利用計算機設備對離心機的重要流場參數(shù)進行數(shù)值模擬,是目前備受關(guān)注的研究課題。本文以某跨聲速離心機為研究對象,以計算流體動力學為基礎,通過對其流場進行數(shù)值計算,得到其風阻力矩大小及波動情況,為其驅(qū)動電機的選擇和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。具體研究內(nèi)容如下:(1)跨聲速離心機流場數(shù)值仿真方法研究。推導并確定了考慮空氣壓縮性時空氣的各項物性參數(shù)。分析對比了標準k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型和RS模型四種湍流模型對跨聲速離心機流場數(shù)值模擬的精確度。對離心機的幾何建模、網(wǎng)格劃分、邊界條件設定、近壁面處理方法、交界面位置等關(guān)鍵參數(shù)進行了討論分析。(2)在定常狀態(tài)下,對常速59.7rad/s、跨聲速119.4rad/s和0.01atm下59.7rad/s三個不同工況下的離心機流場進行數(shù)值模擬,在流場中建立水平方向和豎直方向的觀測點,就觀測點處的速度和壓力進行了記錄與分析,從而得到流場中的速度分布和壓力分布。推導并確定了真空狀態(tài)下空氣的物性參數(shù)。對不同轉(zhuǎn)速下離心機風阻力矩進行數(shù)值計算,并擬合出轉(zhuǎn)速-力矩公式,驗證了離心機轉(zhuǎn)速與風阻力矩的二次關(guān)系。(3)在非定常狀態(tài)下,對常速59.7rad/s和跨聲速119.4rad/s兩個工況的離心機風阻力矩進行了數(shù)值計算,采樣離心機轉(zhuǎn)動兩圈的數(shù)據(jù),通過對采樣數(shù)據(jù)分析得到其風阻波動情況。改變轉(zhuǎn)臂傾斜角度并進行數(shù)值計算,對計算結(jié)果進行橫向?qū)Ρ确治?驗證了該方案對減小離心機風阻波動的有效性。
【圖文】：

圖 1-1 亞洲一號離心機表 1-1 中國離心機性能一覽表使用單位 半徑/m 加速度/g模型質(zhì)量/kg容量/gt 承制單位 建成年長江科學院3.0 300 500 150長江科學院1982南京水利科學研究院2.0 250 200 50航空集團602 所1989清華大學 2.0 250 200 50航空集團602 所1992香港科技大學4.2 150 4000 400 美國 2001

接近來流的速度。由于邊界層的厚度很小，導致邊界層內(nèi)流體的速度體的粘性效應也主要體現(xiàn)在邊界層內(nèi)。近壁區(qū)域，由于流動情況變化很大，F(xiàn)luent 中目前有兩種解決該問題面函數(shù)法，該方法使用半經(jīng)驗方法的壁面函數(shù)（wall function）來修近壁面區(qū)域數(shù)值模擬的誤差。二是近壁模型法，，該方法通過低雷諾k 模型）求解近壁粘性影響區(qū)域。兩種方法對壁面處網(wǎng)格尺寸要要非常小的網(wǎng)格尺寸才能滿足。方便對近壁面區(qū)域網(wǎng)格進行處理，引入無量綱物理量 y ，表示第一壁面的距離。 的定義式為：y uy （0u/ 具有速度量綱，被稱為摩擦速度；y 是到固體壁面的距離大小，近壁面區(qū)域可劃分為粘性底層、過渡層、對數(shù)率層三部分，。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK05

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本文編號：2709550