本文關(guān)鍵詞：基于速度分布控制的離心葉輪三維氣動優(yōu)化設計方法的研究

  更多相關(guān)文章： 離心葉輪 三維葉片 優(yōu)化設計 可壓縮 旋轉(zhuǎn)與曲率 速度分布

【摘要】：離心式葉輪機械是流體機械中應用最廣泛的類型之一,大量應用于冶金、礦山、化工、土木等一般工業(yè)領域以及航空、電站、船艦等高端領域,在國民經(jīng)濟尤其是國家工業(yè)體系中占據(jù)重要的地位。隨著節(jié)能減排在促進可持續(xù)發(fā)展中的重要性日益凸顯,在保證生產(chǎn)或生活的同時降低能源消耗就必須著手于提高能源利用率。提高離心式葉輪機械的氣動性能能可觀地降低其應用領域整體的能源消耗。本文在總結(jié)現(xiàn)有三維葉片優(yōu)化理論及方法的基礎上,進一步改進三維葉片優(yōu)化理論與方法,使優(yōu)化模型更加完善。本文提出的離心葉輪優(yōu)化設計方法從造成離心葉輪流動損失的根源出發(fā),通過控制葉輪流道內(nèi)的邊界層增長與分離、二次流與分層效應對離心葉輪中普遍存在的射流尾流結(jié)構(gòu)進行控制,從而減少葉輪的流動損失提高流動效率。研究表明,葉輪流道內(nèi)合理的速度分布對控制流道內(nèi)上述流動效應至關(guān)重要。在總結(jié)前人研究工作的基礎上,選取了如下參數(shù)來建立葉輪流道內(nèi)合理的速度分布模型：通過平均相對速度最大減速比及其位置,建立平均相對速度沿流線的分布模型；通過吸力面上的最大載荷系數(shù)及其位置,建立吸力面相對速度的分布模型。優(yōu)化設計方法還考慮了氣體的壓縮性,提高優(yōu)化設計結(jié)果的準確性,優(yōu)化設計的判定依據(jù)是邊界層最薄,在計算邊界層時,建立了考慮葉輪旋轉(zhuǎn)與葉片曲率可壓縮邊界層計算方程,保證了邊界層計算的精準度。在葉片成型時采用流線曲率法,流道內(nèi)最優(yōu)相對速度分布確定的同時可以方便地確定葉片的三維型線,從而完成葉片優(yōu)化設計。編寫出三維葉片優(yōu)化設計程序后,經(jīng)過調(diào)試運行最終優(yōu)化設計出三維葉片,并進行CFD模擬驗證,模擬結(jié)果表明,優(yōu)化設計所得到的葉輪流道內(nèi)邊界層發(fā)展得到有效控制,邊界層更薄,二次流強度較弱,射流尾流結(jié)構(gòu)減弱,從而減小流動損失,提高葉輪的流動效率。
【關(guān)鍵詞】：離心葉輪 三維葉片 優(yōu)化設計 可壓縮 旋轉(zhuǎn)與曲率 速度分布
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK05
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 離心葉輪優(yōu)化設計方法的發(fā)展與現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 離心葉輪結(jié)構(gòu)特點及流動特征12-14
• 1.2.2 流線曲率法的發(fā)展14-16
• 1.2.3 正反問題耦合的優(yōu)化設計方法16-18
• 1.2.4 控制速度分布的優(yōu)化設計方法18-19
• 1.3 考慮可壓縮效應的離心風機優(yōu)化設計19-20
• 1.4 葉輪機械內(nèi)流數(shù)值計算的發(fā)展與現(xiàn)狀20-23
• 1.4.1 無粘的數(shù)值計算20-22
• 1.4.2 考慮粘性的數(shù)值計算22-23
• 1.5 本文的主要工作23-25
• 第2章 基于流動效應控制的離心葉輪三維氣動設計理論基礎25-41
• 2.1 離心葉輪內(nèi)的流動效應25-30
• 2.1.1 旋轉(zhuǎn)和曲率影響下的邊界層25-27
• 2.1.2 旋轉(zhuǎn)和曲率導致的二次流27-28
• 2.1.3 旋轉(zhuǎn)和曲率導致勢流的分層效應28-30
• 2.2 離心葉輪葉片表面邊界層計算30-37
• 2.2.1 考慮旋轉(zhuǎn)與曲率的邊界層計算31-32
• 2.2.2 考慮旋轉(zhuǎn)與曲率的可壓縮邊界層計算32-37
• 2.3 離心葉輪流道內(nèi)相對速度分布模型37-39
• 2.3.1 平均相對速度分布模型38-39
• 2.3.2 吸力面相對速度分布模型39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第3章 基于流動效應控制的離心葉輪三維氣動設計方法41-60
• 3.1 子午面流線的確定方法41-47
• 3.1.1 柱坐標系下的歐拉方程41-42
• 3.1.2 空間流線相關(guān)物理量及其相互關(guān)系42-43
• 3.1.3 子午面流線的基本方程43-45
• 3.1.4 流量校核與流線反插45-47
• 3.2 回轉(zhuǎn)面空間流線的確定方法47-51
• 3.2.1 葉片載荷47-49
• 3.2.2 考慮旋轉(zhuǎn)與曲率的邊界層計算49-51
• 3.3 密度場的計算51-52
• 3.4 離心葉輪葉片優(yōu)化設計流程52-58
• 3.4.1 優(yōu)化設計的總流程52-53
• 3.4.2 初始模塊53-54
• 3.4.3 子午面流線迭代模塊54-56
• 3.4.4 葉片成型模塊56-58
• 3.5 本章小結(jié)58-60
• 第4章 設計實例及數(shù)值模擬結(jié)果分析60-91
• 4.1 優(yōu)化設計實例60-63
• 4.1.1 總體結(jié)構(gòu)參數(shù)60-62
• 4.1.2 相對速度分布模型參數(shù)62-63
• 4.2 優(yōu)化設計結(jié)果63-69
• 4.3 數(shù)值模擬與結(jié)果分析69-73
• 4.3.1 幾何建模69-71
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分71-72
• 4.3.3 數(shù)值模擬72-73
• 4.4 結(jié)果分析73-89
• 4.4.1 壓縮性影響分析73-83
• 4.4.2 性能對比83-84
• 4.4.3 二次流84-89
• 4.5 本章小結(jié)89-91
• 第5章 總結(jié)與展望91-93
• 5.1 文章總結(jié)91-92
• 5.2 研究展望92-93
• 參考文獻93-97

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本文編號：925308