离心风机全三维数值模拟及优化设计研究

发布时间：2017-03-22 20:00

  本文关键词：离心风机全三维数值模拟及优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心风机广泛应用于国防建设和工业生产中,在国民经济和日常生活中占有重要地位。研究离心风机并对其进行优化改进,对节能减排和优化能源配置具有重要意义。本文研究工作是在中船重工某研究所攻关项目背景下进行的,利用数值模拟方法对一船用离心通风机进行数值模拟研究,并与实验测试结果进行对比,分析其内部气体流动特点,在此基础上对叶轮叶片以及蜗壳进行气动性能方面的优化设计分析,主要做了以下几方面的研究工作:(1)原始风机的数值模拟。介绍原型风机的结构以及实验测试系统,确定网格的划分方法和数值计算的方法,并将计算结果与实验结果进行对比验证。通过计算结果分析原始风机流场的主要特点,结果表明,原始风机气动性能偏低,叶轮通道内部流动分离严重。(2)二元叶片的优化设计。针对原始叶轮,提出一种二元叶片型线的设计方法,利用数值模拟手段得出叶轮效率最优的方案。数值计算结果表明,此方法得到的叶轮能较大地提高其效率和总压升,并对风机整机效率也有较大幅度的提高。流场分析表明,二元优化叶轮大大削弱了流动分离,叶轮的流场得到了优化。(3)三元叶片的优化探索。在二元优化设计叶片的基础上,对叶片进行三元探索,主要分两个方面,即是型线的三元优化和积叠线的弯掠探索。型线的三元优化是以孤立叶轮效率和压升为优化目标,优化结果表明性能得到进一步提高。积叠线的弯掠探索表明,弯叶片和掠叶片对风机性能有明显影响,弯掠组合叶片的影响不是单独弯叶片和单独掠叶片的简单叠加。(4)叶轮与蜗壳轴向尺寸及位置耦合分析。通过对风机整机的计算分析,结果表明蜗壳的宽度以及叶轮在蜗壳中的轴向位置对风机性能均有重要影响,并存在蜗壳宽度与叶轮位置的最佳组合。数值计算结果表明蜗壳宽度与叶轮轴向位置最佳组合的风机能够进一步提高风机整机的气动性能。
【关键词】：离心风机 优化 叶片型线 蜗壳
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH432
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 研究现状10-12
• 1.2.1 风机叶片设计研究现状10-11
• 1.2.2 风机噪声研究现状11
• 1.2.3 蜗壳优化及其与叶轮匹配性研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-15
• 第二章 叶轮机械数值模拟方法简介15-23
• 2.1 引言15-16
• 2.2 软件NUMECA简介16-17
• 2.3 基本控制方程17-18
• 2.4 湍流模型18-19
• 2.5 控制方程组的离散19-20
• 2.6 加速收敛技术20
• 2.7 动静交接面处理方法20-21
• 2.8 收敛准则21
• 2.9 本章小结21-23
• 第三章 原始风机实验介绍及数值模拟研究23-35
• 3.1 研究对象简介23-24
• 3.2 原始风机实验介绍24-27
• 3.2.1 离心风机测试介绍24-26
• 3.2.2 实验性能结果26-27
• 3.3 原始风机数值模拟研究27-33
• 3.3.1 网格与计算设置27-29
• 3.3.2 数值模拟与实验测试对比分析29-31
• 3.3.3 叶轮内部流场数值模拟结果分析31-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第四章 二元叶片型线设计优化35-49
• 4.1 优化设计原理及方法35-39
• 4.1.1 基本原理及方程35-37
• 4.1.2 已知条件37-38
• 4.1.3 速度分布函数设计38-39
• 4.2 优化设计的实现及分析39-42
• 4.2.1 主体部39-41
• 4.2.2 微调部41-42
• 4.3 优化性能结果分析42-48
• 4.3.1 孤立叶轮计算结果分析42-45
• 4.3.2 整机计算结果分析45-47
• 4.3.3 叶片数目对风机性能的影响47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 三元叶片优化探索49-63
• 5.1 叶片型线的三元优化49-56
• 5.1.1 优化设计方法49-52
• 5.1.2 优化结果分析52-56
• 5.2 弯掠技术在风机叶片上的应用56-61
• 5.2.1 弯掠叶片设计56-57
• 5.2.2 气动性能分析57-58
• 5.2.3 流场对比58-61
• 5.3 本章小结61-63
• 第六章 叶轮与蜗壳轴向尺寸及位置耦合分析63-79
• 6.1 风机整机轴向尺寸结构64-65
• 6.2 风机轴向尺寸对性能的影响65-68
• 6.2.1 叶轮的轴向位置对性能的影响65-66
• 6.2.2 蜗壳宽度对风机性能的影响66-67
• 6.2.3 蜗壳宽度与叶轮轴向位置的最佳组合67-68
• 6.3 设计工况下风机内流场分析68-75
• 6.3.1 蜗壳内部流动分析69-73
• 6.3.2 叶轮内部流动分析73-75
• 6.4 全工况性能分析75-78
• 6.5 本章小结78-79
• 第七章 总结与展望79-83
• 7.1 全文总结79-80
• 7.2 研究展望80-83
• 参考文献83-87
• 硕士期间科研情况与获得的奖励87-89
• 致谢89-90

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