离心式通风机内部气粉两相流场整机全三维数值模拟

发布时间：2020-04-16 06:36

【摘要】：广泛运用于工业、农业中的离心式通风机是一种高效率的流体机械。由于通风机在工作环境中不可避免有固体颗粒进入,从而导致了颗粒对风机的摩擦、碰撞、反弹、磨损和积聚等问题,影响了叶轮机械的可靠性和使用寿命。为了提高风机效率、延长风机寿命,所以掌握风机内部气固两相流动规律是十分必要的。目前利用数值模拟是研究叶轮内部流场的一种主要方法。本文对离心式通风机分别对气体单相流和气固两相流进行数值模拟。首先运用风机实际尺寸在软件PRO/E中建立物理模型,在GAMBIT中划分网格,对叶轮和蜗壳较复杂区域采用小尺度的非结构化网格。在进口和蜗壳上采用了分区域划分,部分采用了大尺度划分结构化网格。在FLUENT中采用三维时均N-S方程和标准K-E两方程湍流模型为基础,利用SIMPLE算法,叶轮区域采用旋转参考系,边界条件分别为速度进口和压力出口,对离心式通风机进行气体单相流数值模拟。当气流场的计算收敛后,对气固两相流的数学模型采用与单相流相同的边界计算条件,在进口处设定离散相射源,采用拉格朗日颗粒轨道模型单相耦合法跟踪固体颗粒在风机内部的运动轨迹。通过数值模拟的计算结果与相关实验文献结论一致,得到了风机内部很多特殊现象,如：二次流,涡流,以及粒径为0.03mm,0.05mm,0.1mm的颗粒的运动轨迹。模拟结果显示,固体粒子在进入叶轮和叶片的流道中时被分成两股气流。由于在进入叶轮时有一个90°的转弯,所以较大的粒子将冲击在叶轮的后盘上,而后即沿着后盘流动。较小的粒子被气流带着转动,并从向着叶轮后盘流动的较大粒子中分离出来。在模拟结果中还发现了一些新的现象：粒子进入叶轮后,管道对固体粒子不再起抽吸作用,粒子将或多或少的弹跳于叶片的工作面上,并且会反弹回来或继续着滑动或滚动着过去；较大的粒子直接沿叶片的工作面流动,而非常小的粒子则沿非工作面滑动或粘附于叶片非工作面上,所以这些小粒子有可能沉积在叶片表面的凹坑中；沉积在叶片非工作面上的较小粉尘,开始只有少数几处沉积粒子以后沉积区逐渐变大,直至叶片的非工作面上全部覆盖上粒子。但是由于流体会在此处形成小的漩涡,微小的粒子在这里是朝相反的方向运动,所以叶片非工作面受到的磨损是滑动磨损。而在工作面上由于是较大的粒子依照其惯性的冲击,所以在叶片的工作面上受到的冲蚀磨损较严重。本文数值模拟结果和现场检测结果对比,发现用本文的方法对风机模拟可以很好的预测风机的内部流动现象,对风机的优化设计具有指导意义。
【图文】：

流程图,流程图,计算流体力学

在工程技术界还曾出现推广学习CFD技术的热潮。这标志着CFD技术终于成功走出学术研究的象牙之塔，成为工程设计的重要手段。CFD在工程计算中应用的过程可以由下面的流程(见图2.1)表达。目前占领商用市场比较大的通用CFD软件有:FLUENT、CFX、PHOENIcS、STAR一CD，除了FLUENT是美国公司的软件外，其它三个都最先由英国公司开发研制。这些商业软件的创始人一般都是欧美名牌大学的著名教授，对计算流体力学做出巨大贡献，在国际计算流体力学领域享有非常高声望的名家。在软件的发展过程中有数以百计的在计算流体力学，数学和计算机领域优秀的博士为其添砖加瓦。因为计算流体力学软件巨大的商业价值(一份软件使用许可证可能就需要几十万美元)，各个公司为了在市场中占据更多的份额，对CFD的研究做出了巨大投入，也取得了很多成果。所以，现在软件中使用的一些计算流体技术比国际顶级的学术期刊中发表的技术还要更具有前瞻性。FLUENT软件是基于非结构化网格的通用CFD求解器

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本文分析对象为4一73恤10D型离心通风机，采用绘图软件PRO/E根据立物理模型:叶轮区域(如图3.1所示)，整机(如图3.2所示)。通风进气室、集流器、叶轮、和蜗壳组成。在Pro/e软件中建立各部分模决问题的方便，在整机的装配中让绝对坐标和相对坐标处于同一位置，叶轮后盘中心外壁上，J轴负方向为蜗壳出口方向，y轴负方向为蜗向，Z轴正方向为进气室进口方向。叶片后倾，进、出口角分别为32。叶轮内径720mm，叶轮外经1000nun，叶片进口宽350mm，叶片出口宽25室吸风口为1300mmx600mm，蜗壳宽650mm，出风口为900mmx650nnn2个，转速1200r/min。为了能够给出符合实际的边界条件，因此，在对离心式通风机进行建需要在进风口以及出风口各延长一段管道。添加这些管道的主要目的充分发展。在GAMBrr软件中，是对分析对象建立的模型进行划分网中，我们所要分析的是通风机中气体流道，所以在PRO/E中就要对实用互补的原则，，建立通风机流道模型如图3.3所示。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH432

【引证文献】