本文關(guān)鍵詞：三元葉輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及其氣動(dòng)性能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,對(duì)其流場(chǎng)特性以及穩(wěn)定性的要求也逐漸提高。葉輪是風(fēng)機(jī)的核心部件,直接影響到風(fēng)機(jī)的整體性能。考慮到葉輪的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程較為復(fù)雜,實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng),成本高,本文介紹了一種幾何設(shè)計(jì)方法,并且利用數(shù)值模擬方法分析內(nèi)部流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由于葉輪在加工時(shí)一般采用球頭銑刀,加工后的輪轂面會(huì)產(chǎn)生殘留高度,因此,研究殘留高度對(duì)流場(chǎng)的影響,在效率和精度之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn),具有極其重要的意義。 首先介紹了葉輪的基本知識(shí)以及葉片設(shè)計(jì)、造型的數(shù)學(xué)原理,給出了葉輪葉片的一種幾何設(shè)計(jì)方法。研究了貝塞爾曲線的特點(diǎn)以及在葉輪子午面設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用,同時(shí)介紹了B樣條曲線并將其應(yīng)用于葉片角以及葉片厚度的構(gòu)造過(guò)程,基于MATLAB環(huán)境完成整體葉輪的造型顯示。 其次介紹了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬方法。利用UG軟件完成通風(fēng)機(jī)各個(gè)流域如葉輪流域、蝸殼流域的造型過(guò)程,采用ICEM軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,利用FLUENT軟件對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬,得到不同軸截面的流場(chǎng)分布以及整機(jī)跡線圖。 然后討論了有限元分析方法以及主要計(jì)算步驟,并對(duì)APDL技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。在UG中建立葉輪的三維模型并導(dǎo)入ANSYS軟件中,施加離心力進(jìn)行強(qiáng)度分析,得到葉輪在離心力作用下的應(yīng)力和應(yīng)變分布。利用APDL技術(shù)將流場(chǎng)分析得到的葉片表面氣動(dòng)載荷施加到葉輪結(jié)構(gòu)上,對(duì)葉輪進(jìn)行流固耦合分析,并對(duì)施加氣動(dòng)載荷和未施加氣動(dòng)載荷兩種情況進(jìn)行分析對(duì)比。 最后介紹了輪轂表面幾何殘留高度的形成原理以及數(shù)學(xué)描述,討論了周期邊界條件的運(yùn)用,建立了帶有不同殘留高度的流道模型,采用CFD方法,模擬了帶有幾何殘留高度葉輪流道的流場(chǎng),得到了不同殘留高度輪轂面的壓力分布,并分析了殘留高度對(duì)輪轂偏置面流場(chǎng)的影響。
【關(guān)鍵詞】：葉輪 幾何設(shè)計(jì) 流場(chǎng) 有限元方法 殘留高度
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH43;TP391.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 文獻(xiàn)綜述11-16
• 1.2.1 葉輪幾何設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 CFD方法在葉輪機(jī)械研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 論文的主要研究工作16-17
• 2 葉輪幾何參數(shù)化設(shè)計(jì)方法及造型實(shí)現(xiàn)17-33
• 2.1 葉輪的基本知識(shí)17-21
• 2.1.1 葉輪的基本結(jié)構(gòu)介紹17-18
• 2.1.2 葉輪的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)18-21
• 2.2 葉片設(shè)計(jì)及造型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)21-27
• 2.2.1 貝塞爾曲線理論基礎(chǔ)21-24
• 2.2.2 B樣條插值算法24-26
• 2.2.3 直紋面的基本理論及幾何設(shè)計(jì)方法26-27
• 2.3 基于MATLAB實(shí)現(xiàn)葉片幾何設(shè)計(jì)及造型過(guò)程27-32
• 2.3.1 子午面設(shè)計(jì)27-28
• 2.3.2 葉片角設(shè)計(jì)28-30
• 2.3.3 葉片厚度分布30
• 2.3.4 輪盤(pán)的造型實(shí)現(xiàn)30-31
• 2.3.5 葉輪的整體造型31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 3 通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬33-51
• 3.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)33-35
• 3.1.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的控制方程33-34
• 3.1.2 湍流的數(shù)值模擬方法34-35
• 3.2 CFD相關(guān)軟件介紹35-37
• 3.3 通風(fēng)機(jī)各流域模型建立及網(wǎng)格劃分37-45
• 3.3.1 葉片及葉輪流域的造型37-38
• 3.3.2 集風(fēng)器及蝸殼的造型38-41
• 3.3.3 各流域網(wǎng)格劃分41-43
• 3.3.4 數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程43-45
• 3.4 通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)分析45-50
• 3.4.1 不同軸截面靜壓云圖分析45-46
• 3.4.2 不同軸截面動(dòng)壓云圖分析46-47
• 3.4.3 不同軸截面總壓云圖分析47-48
• 3.4.4 不同軸截面速度矢量圖分析48-49
• 3.4.5 整機(jī)跡線圖49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 4 通風(fēng)機(jī)葉輪有限元強(qiáng)度分析51-64
• 4.1 有限元分析方法及ANSYS介紹51-53
• 4.1.1 有限元方法的思想及主要步驟51-52
• 4.1.2 有限元分析軟件ANSYS介紹52
• 4.1.3 APDL參數(shù)化編程技術(shù)52-53
• 4.2 葉輪結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析53-58
• 4.2.1 葉輪的模型建立53
• 4.2.2 材料設(shè)置及網(wǎng)格劃分53-55
• 4.2.3 載荷施加及求解55-57
• 4.2.4 計(jì)算結(jié)果及分析57-58
• 4.3 流固耦合分析58-63
• 4.3.1 表面效應(yīng)單元介紹59-60
• 4.3.2 施加氣動(dòng)載荷60-62
• 4.3.3 計(jì)算結(jié)果及分析62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 5 額定工況下輪轂面幾何殘留高度對(duì)其氣動(dòng)性能影響64-73
• 5.1 殘留高度形成理論64-65
• 5.1.1 輪轂面形成原理64
• 5.1.2 走刀行距的計(jì)算64-65
• 5.2 周期邊界條件65
• 5.3 流道幾何建模及網(wǎng)格輸出65-66
• 5.4 數(shù)值模擬過(guò)程66-67
• 5.5 計(jì)算結(jié)果及分析67-72
• 5.5.1 不同殘留高度輪轂面靜壓和動(dòng)壓分析67-69
• 5.5.2 殘留高度對(duì)于輪轂偏置面靜壓和動(dòng)壓的影響69-70
• 5.5.3 殘留高度對(duì)于輪轂面附近湍動(dòng)能的影響70-72
• 5.6 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況77-78
• 致謝78-79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：283136