【摘要】：混流式風(fēng)機(jī)作為一種典型的葉輪機(jī)械,它同時(shí)包含了離心式風(fēng)機(jī)的高風(fēng)壓,軸流式風(fēng)機(jī)的大風(fēng)量的優(yōu)點(diǎn),其在工業(yè)及生活中應(yīng)用最為廣泛。然而,在風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過程中會(huì)存在各種各樣的故障,如喘振、失速、噪聲等,這些都會(huì)影響風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。這些故障中一大部分都是由流固耦合現(xiàn)象引起的,所以在進(jìn)行分析時(shí)需要著重考慮到流固耦合所帶來的影響。課題主要針對(duì)混流式風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)所引起葉輪變形危害以及共振現(xiàn)象進(jìn)行了研究。首先,運(yùn)用Solidworks軟件對(duì)某SWF型號(hào)混流式風(fēng)機(jī)進(jìn)行三維實(shí)體建模,在進(jìn)出口位置進(jìn)行加長(zhǎng)處理。然后將其導(dǎo)入到ICEM軟件中,利用不同的網(wǎng)格類型分別劃分整個(gè)流道四個(gè)子區(qū)域部分。接著通過數(shù)值模擬獲取到整個(gè)流道的壓力以及流動(dòng)速度分布情況,根據(jù)這些分布狀態(tài)分析了混流風(fēng)機(jī)整個(gè)流道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)。其次,基于ANSYS Workbench軟件平臺(tái)的多物理場(chǎng)協(xié)同分析功能,將Fluent的分析結(jié)果導(dǎo)入到Static Structural分析模塊中,將其作為初始條件添加到風(fēng)機(jī)模型固體域表面,同時(shí)添加旋轉(zhuǎn)速度后,得到了葉輪在流體壓力的作用下的應(yīng)力狀態(tài),然后對(duì)葉輪進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過入口流速、導(dǎo)葉數(shù)量的變化,得出風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓值和效率值,并運(yùn)用Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,研究分析其擬合曲線的結(jié)果。最后,將Static Structural分析的得到的應(yīng)力結(jié)果導(dǎo)入modal模塊,針對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子做模態(tài)仿真分析,得出轉(zhuǎn)子在不同狀況下的振型、頻率等動(dòng)力特性。將不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性進(jìn)行對(duì)比分析,得到其不同的變化規(guī)律以及氣動(dòng)力對(duì)轉(zhuǎn)子振型的影響。通過流固耦合得出,在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的最優(yōu)導(dǎo)葉數(shù)為15個(gè),最優(yōu)的工況為6~8 m/s。最大的總壓值為273Pa,最高的效率值為72%。通過模態(tài)分析得出,旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的作用對(duì)葉輪轉(zhuǎn)子的頻率值影響是最大的,其高階的模態(tài)頻率值比較接近基頻的倍頻,所以在設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)需要著重考慮。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK83
【圖文】：

式中：S( divU)xxwxzvxyuxuηηηλ + + + =S( divU)yywyzvyyuxvηηηλ + + + =S( divU)zzwzzwzyuxwηηηλ + + + =式中：η —流體動(dòng)力粘度。.2 湍流模型以及數(shù)值模擬方法湍流模型是以雷諾時(shí)均法的運(yùn)動(dòng)公式與脈動(dòng)公式作為本原，為了使控制方程而建立的一組封閉的方程組。根據(jù)多種多樣的數(shù)值模擬方法，把湍流模型分為應(yīng)力模型（RSM）和渦黏模型（EVM）兩種[36]。如圖 1 所示：

流固耦合分析過程，流固耦合問題的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，實(shí)際應(yīng)用的別是隨著 ANSYS Workbench 軟件平臺(tái)的出現(xiàn)，流固耦合的據(jù)大量的流固耦合分析實(shí)例可以知道，依靠 ANSYS WorkbStatic Structural、CFX+Static Structural 等組合軟件就能夠?qū)嵾^程，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在操作更加的方便、同時(shí)還能減少計(jì)算的的結(jié)果質(zhì)量可靠。用 Fluent+Static Structural 結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)混流風(fēng)機(jī)的混流風(fēng)機(jī)的模型導(dǎo)入到 Fluent 中，對(duì)混流風(fēng)機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)次再采用分離式求解法將在 Fluent 中所求出的表壓等流場(chǎng)到 Static Structural 中的固體域上，得到最后的固體域的應(yīng)力的混流式風(fēng)機(jī)的流固耦合分析過程。

第 3 章 混流式風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬分析3.1 混流式風(fēng)機(jī)三維模型的建立本文所研究的 SWF 型號(hào)混流式風(fēng)機(jī)的構(gòu)成主要包括轉(zhuǎn)子、殼體、導(dǎo)葉、電機(jī)等部件。將葉輪焊接在有子午加速特點(diǎn)的扭曲平板上。再經(jīng)過動(dòng)平衡校核實(shí)驗(yàn)的分析過程，得出其具有很好的氣體動(dòng)力特性。機(jī)體外殼采用圓形，在出口處設(shè)有導(dǎo)葉，通過導(dǎo)葉的擴(kuò)壓和導(dǎo)流作用可以使得氣體在流動(dòng)的過程中穩(wěn)定高的壓強(qiáng)，同時(shí)還能夠使其保持良好的氣流分布狀態(tài)。本文運(yùn)用 Solidworks 三維建模軟件進(jìn)行混流風(fēng)機(jī)的建模，Solidworks 有強(qiáng)大的三維建模技術(shù)，并且在曲面造型方面的能力也很突出，外徑 400mm，風(fēng)壓可達(dá)285Pa，風(fēng)量可達(dá) 4512m3/h，葉片數(shù) 6，導(dǎo)葉數(shù) 15。創(chuàng)建整個(gè)流道的三維物理模型，對(duì)進(jìn)出口區(qū)域進(jìn)行加長(zhǎng)處理，入口區(qū)域的長(zhǎng)度為 4 倍風(fēng)機(jī)的直徑，出口區(qū)域的長(zhǎng)度為 6 倍風(fēng)機(jī)的直徑[51]。具體如圖 3、圖 4、圖 5 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2798513