本文關(guān)鍵詞：基于控制速度分布的離心式通風(fēng)機(jī)葉輪優(yōu)化設(shè)計方法研究及內(nèi)流場分析

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【摘要】：離心式通風(fēng)機(jī)是一種量大面廣的通用機(jī)械,其中大型工業(yè)離心風(fēng)機(jī),由于功率大,在工業(yè)生產(chǎn)中消耗著大量能源。本文主要針對后向離心風(fēng)機(jī),建立了基于控制速度分布的離心風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計方法,在保證滿足流量、壓力的前提下,提高了風(fēng)機(jī)的效率,并采用數(shù)值模擬進(jìn)行了性能預(yù)測和流場對比分析。 本文提出的離心式通風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計方法從造成葉輪流道內(nèi)流動損失的根源出發(fā),通過控制流道內(nèi)邊界層的增長、分離,二次流發(fā)展以及分層效應(yīng),達(dá)到減少流動損失的目的,實現(xiàn)葉輪的優(yōu)化設(shè)計。通過分析葉輪流道內(nèi)邊界層的增長、分離,二次流以及分層效應(yīng)的流動特征,總結(jié)提煉了包括進(jìn)口段減速比和流道最大減速比等流動控制參數(shù),這些流動控制參數(shù)對葉輪內(nèi)流動有直接影響,可以體現(xiàn)對流動的控制,同時它們又與沿流道的速度分布直接相關(guān),因此研究這些流動控制參數(shù)即可期望達(dá)到優(yōu)化葉輪設(shè)計的目的。首先應(yīng)用考慮旋轉(zhuǎn)和曲率的湍流邊界層積分方程,分析了速度分布對邊界層增長和分離的影響,其次討論了速度分布與二次流、分層效應(yīng)之間的關(guān)系,并通過關(guān)鍵的流動控制參數(shù)建立起速度分布與邊界層增長、分離,二次流和分層效應(yīng)等流動效應(yīng)之間的聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上建立一個基于控制流動效應(yīng)的優(yōu)化速度分布數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)分離與否分別建立優(yōu)化模型。在不分離的情況下,滿足出口邊界層厚度最小的速度分布為最佳；而在流動發(fā)生分離的情況下,滿足最遲分離的速度分布為最佳,同時滿足壓力和載荷等要求。然后根據(jù)此速度分布設(shè)計得到風(fēng)機(jī)葉片型線,完成優(yōu)化設(shè)計。 為了檢驗本方法的可靠性,將本文設(shè)計的葉輪進(jìn)行加工并試驗,性能試驗結(jié)果表明在保證壓力的前提下,在設(shè)計流量時全壓效率提高4.45%,全工況下平均提高5.01%,數(shù)值模擬結(jié)果也表明風(fēng)機(jī)內(nèi)流場的流動狀態(tài)有了明顯改善,在回轉(zhuǎn)面上近蝸舌處流道內(nèi)流動的分離得到有效的抑制,葉道出口截面的二次流減弱,在大流量下,回轉(zhuǎn)面分層效應(yīng)有較為明顯的改善。
【關(guān)鍵詞】：離心式通風(fēng)機(jī) 優(yōu)化設(shè)計 速度分布控制 流動效應(yīng) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH432
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 離心葉輪優(yōu)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 離心葉輪內(nèi)速度分布規(guī)律的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 離心風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 本文主要工作15-17
• 第二章 基于控制速度分布的離心風(fēng)機(jī)葉輪優(yōu)化設(shè)計理論17-37
• 2.1 基于控制速度分布的葉輪優(yōu)化設(shè)計方法基本理論17-22
• 2.1.1 控制邊界層增長與分離18-20
• 2.1.2 控制二次流20-21
• 2.1.3 控制分層效應(yīng)21-22
• 2.2 速度分布模型22-29
• 2.2.1 速度分布與葉輪總體參數(shù)之間的關(guān)系23-27
• 2.2.2 流動控制參數(shù)的優(yōu)化27-29
• 2.3 葉輪設(shè)計步驟29-35
• 2.3.1 葉輪總體結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定29-32
• 2.3.2 葉片型線設(shè)計32-35
• 2.4 設(shè)計計算的程序?qū)崿F(xiàn)35
• 2.5 本章小結(jié)35-37
• 第三章 離心式通風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的基本理論37-47
• 3.1 基本控制方程37-38
• 3.2 湍流模型38-41
• 3.3 近壁面處理41-42
• 3.4 旋轉(zhuǎn)和靜止區(qū)域的求解42
• 3.5 控制方程的離散與求解42-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第四章 設(shè)計實例——性能與內(nèi)部流場對比分析47-76
• 4.1 設(shè)計實例47-52
• 4.1.1 總體結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定47-48
• 4.1.2 速度分布的確定和載荷分布的計算48-52
• 4.1.3 葉片成型52
• 4.2 設(shè)計結(jié)果的性能模擬52-58
• 4.2.1 風(fēng)機(jī)的三維建模52-53
• 4.2.2 控制方程和邊界條件53-54
• 4.2.3 計算網(wǎng)格54-56
• 4.2.4 離散格式及算法56
• 4.2.5 數(shù)值模擬結(jié)果驗證56-57
• 4.2.6 性能模擬結(jié)果對比分析57-58
• 4.3 設(shè)計結(jié)果的實驗驗證58-59
• 4.4 模型1與原型風(fēng)機(jī)性能和流場對比分析59-74
• 4.4.1 回轉(zhuǎn)面59-67
• 4.4.2 子午面流動67-71
• 4.4.3 葉輪流道截面71-74
• 4.4.4 間隙流動74
• 4.5 本章小結(jié)74-76
• 第五章 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文和申報的專利81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：585379