【摘要】：風(fēng)機(jī)屬于通用機(jī)械范疇,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門(mén)應(yīng)用十分廣泛。尤其在火力發(fā)電廠中,風(fēng)機(jī)是保證電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要設(shè)備之一,因此對(duì)其經(jīng)濟(jì)性和安全性?xún)蓚�(gè)方面進(jìn)行研究具有重要意義。本文以G4-73型離心風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,在分析風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,利用遺傳算法對(duì)風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)高效葉輪及旋渦破碎裝置,并深入研究旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理及流體動(dòng)力學(xué)特征。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： (1)離心風(fēng)機(jī)流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)特征研究及參數(shù)化數(shù)值計(jì)算平臺(tái)開(kāi)發(fā)。在分析網(wǎng)格劃分策略及湍流模型等對(duì)計(jì)算精度的影響基礎(chǔ)上,對(duì)離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)特征進(jìn)行了數(shù)值研究及熵產(chǎn)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好,為實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn),湍流耗散是引起熵產(chǎn)的主要原因,而粘性耗散的影響幾乎可以忽略,其中葉輪體內(nèi)熵產(chǎn)最大。在確定計(jì)算模型的基礎(chǔ)上采用VB編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了基于參數(shù)化的離心風(fēng)機(jī)數(shù)值計(jì)算平臺(tái),包括參數(shù)化建模、FLUENT計(jì)算及數(shù)據(jù)分析三個(gè)模塊,實(shí)現(xiàn)了葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)幾何建模、高質(zhì)量網(wǎng)格生成、計(jì)算模型設(shè)置、后處理及數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)等功能的完全自動(dòng)化與體化,為深入研究葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響奠定了基礎(chǔ)。 (2)離心風(fēng)機(jī)性能的多目標(biāo)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究。基于參數(shù)化數(shù)值計(jì)算平臺(tái)研究了葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)包括葉片數(shù)、葉片出口安裝角和葉輪出口寬度等對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響規(guī)律。設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)構(gòu)造訓(xùn)練樣本,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了離心風(fēng)機(jī)性能參數(shù)預(yù)測(cè)模型,并利用遺傳算法對(duì)風(fēng)機(jī)全壓和效率進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,獲得了新型葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的正確性,對(duì)加裝新型葉輪的風(fēng)機(jī)分別進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,加裝新型葉輪后風(fēng)機(jī)全壓和效率提高,且高效區(qū)拓寬,在65%-100%相對(duì)流量范圍內(nèi),風(fēng)機(jī)噪聲降低。 (3)風(fēng)機(jī)蝸殼流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)特征分析及優(yōu)化。研究了離心風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)蝸殼內(nèi)部存在螺旋向前推進(jìn)的類(lèi)S型大型旋渦運(yùn)動(dòng)�；跍p小流動(dòng)損失和泄漏損失的思想,設(shè)計(jì)了一種旋渦破碎裝置。對(duì)加裝漩渦破碎裝置前后的風(fēng)機(jī)分別進(jìn)行了數(shù)值模擬及性能和噪聲實(shí)驗(yàn)。模擬結(jié)果表明,加裝旋渦破碎裝置后,大尺度旋渦得到破碎且強(qiáng)度減弱,蝸殼體內(nèi)熵產(chǎn)明顯降低,泄漏損失減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,加裝旋渦破碎裝置后,相對(duì)流量大于45%時(shí),風(fēng)機(jī)全壓明顯增大,且高效區(qū)拓寬；風(fēng)機(jī)噪聲降低,且在最高效率點(diǎn)處,風(fēng)機(jī)中、低頻段噪聲明顯降低。 (4)離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速動(dòng)力學(xué)特征的機(jī)理研究�；诰帉�(xiě)的UDF節(jié)流閥函數(shù)對(duì)離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過(guò)在流場(chǎng)中設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)獲得了失速團(tuán)的傳播速度及失速頻率。探討了旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生機(jī)理及影響因素,分析了從失速先兆發(fā)展到失速團(tuán)的徑向、軸向和周向全三維的非定常遷移過(guò)程,及失速特征和失速團(tuán)個(gè)數(shù)的變化。深入探討了失速團(tuán)的周向傳播機(jī)理,且揭示了小流量區(qū)風(fēng)機(jī)全壓波動(dòng)及其頻率的重要原因。研究結(jié)果為風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速故障的預(yù)防、監(jiān)測(cè)與診斷奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)（北京）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TH432

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本文編號(hào)：2729233