基于动网格的迷宫压缩机流场分析

发布时间：2017-03-25 17:09

  本文关键词：基于动网格的迷宫压缩机流场分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：迷宫密封具有结构简单,使用方便,工作可靠等优点,广泛的应用于航空发动机、燃气轮机以及鼓风机等动力机械中。作为一种非接触密封方式,工作过程中不产生接触摩擦,毋需润滑。但是这种密封方式必然会存在泄漏损失,从而直接影响机器的工作效率。由于直通型迷宫压缩机迷宫内部的流场变化以及迷宫结构的不同对泄漏量有着显著地影响,所以通过对迷宫内部进行流场分析,合理设计迷宫结构,对于提高机器的工作效率有着重要的意义。本文以4K-80MG型号的直通型迷宫压缩机中的迷宫结构为研究对象,建立了活塞和气缸部分的二维数学模型,对迷宫内部流场进行非稳态分析,完善迷宫密封的理论研究,最后完成对迷宫结构的改进。在汲取前人研究的成果基础上,确立本文主要研究工作如下:1、通过对国内外迷宫密封研究现状的学习和现行迷宫压缩机在各领域的应用进行分析,总结出应用于研究直通型迷宫压缩机的相关理论。2、确定了迷宫压缩机的物理模型以及计算流体力学模型,以Fluent仿真软件为平台,建立模拟迷宫压缩机内部流场的数值计算方法,为迷宫密封相关参数的计算提供了有效的计算工具。3、依据非稳态分析中的动网格技术和活塞的实际运动规律,研究设计出控制活塞在气缸内运动的UDF程序,实现了实时观察迷宫内流场以及气缸内部气流的变化规律。通过非稳态与稳态分析方法的对比,得出了动网格技术在分析直通型迷宫压缩机密封性能方面的优势。4、对影响迷宫密封性能的几种因素进行了深入的研究,通过观察迷宫内部的流场变化情况,分析不同结构尺寸对密封性能的影响,提出了合理的迷宫结构,有效地减少了泄漏,提高了工作效率,为工程实践设计提供了可靠参考。
【关键词】：直通型迷宫密封 动网格技术 数值模拟 泄漏特性 迷宫结构
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 迷宫压缩机概述13-16
• 1.2.1 迷宫压缩机的分类13-14
• 1.2.2 直通型迷宫压缩机的基本结构14-16
• 1.2.3 迷宫压缩机与活塞环式压缩机的特点16
• 1.3 迷宫密封理论16-18
• 1.3.1 迷宫压缩机的密封方式16
• 1.3.2 迷宫压缩机的密封机理16-18
• 1.4 迷宫密封的研究现状18-21
• 1.4.1 国外研究现状19-20
• 1.4.2 国内研究现状20-21
• 1.5 本文的主要研究内容21-23
• 第2章 迷宫密封的数值模拟理论基础23-43
• 2.1 计算流体力学分析方法23-26
• 2.1.1 CFD数值方法的基本思想23-24
• 2.1.2 CFD分析的基本步骤24-26
• 2.1.3 前处理器Gambit软件26
• 2.1.4 解算器及后处理器Fluent软件26
• 2.1.5 Fluent后处理器Tecplot软件26
• 2.2 动网格分析技术26-30
• 2.2.1 动网格理论概述26-27
• 2.2.2 守恒型动网格流场计算模型27-28
• 2.2.3 Fluent动网格模型算法概要28-29
• 2.2.4 UDF基础知识29-30
• 2.3 迷宫压缩机内流场流动的基本特征30-32
• 2.3.1 理想流体与粘性流体30
• 2.3.2 牛顿流体与非牛顿流体30-31
• 2.3.3 可压缩流体和不可压缩流体31
• 2.3.4 层流与湍流31
• 2.3.5 定常与非定常流动31-32
• 2.4 数值计算主控方程的选定32-34
• 2.4.1 质量守恒方程（连续性方程）32
• 2.4.2 动量守恒方程32-33
• 2.4.3 能量守恒方程33-34
• 2.5 数值模型的选择34-42
• 2.5.1 数值模拟计算步骤34
• 2.5.2 数值模型的假设34
• 2.5.3 湍流模型34-38
• 2.5.4 边界条件的确定38
• 2.5.5 几何模型网格的划分38
• 2.5.6 求解器的选择38-40
• 2.5.7 模型的物理特性及边界条件的设置40
• 2.5.8 性能指标的评判标准40-42
• 2.5.9 计算结果的准确性评判42
• 2.6 本章小结42-43
• 第3章 直通型迷宫压缩机非稳态流场分析43-58
• 3.1 几何模型的建立及网格划分43-46
• 3.1.1 几何模型的建立43-45
• 3.1.2 网格划分45-46
• 3.1.3 边界条件的设定46
• 3.2 活塞运动控制方程的建立46-48
• 3.2.1 动网格驱动函数46-47
• 3.2.2 动网格的设置方法47
• 3.2.3 网格更新47-48
• 3.3 计算结果及分析48-57
• 3.3.1 湍流动能特征48-52
• 3.3.2 速度特征52-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第4章 不同迷宫结构对迷宫密封性能的影响58-82
• 4.1 迷宫间隙的影响58-64
• 4.1.1 计算模型的确立58-59
• 4.1.2 数值计算的结果及分析59-64
• 4.2 密封齿数的影响64-68
• 4.2.1 最佳迷宫密封齿数的计算64-67
• 4.2.2 泄漏系数的比较67-68
• 4.3 迷宫空腔形状的影响68-74
• 4.3.1 湍流动能特性对比69-73
• 4.3.2 泄漏量对比73-74
• 4.4 齿形夹角和空腔深度对密封性能的影响74-80
• 4.4.1 模型的建立74-75
• 4.4.2 数值模拟结果分析75-80
• 4.5 最终分析结果80-81
• 4.5.1 结构尺寸的确定80
• 4.5.2 密封性能的评判80-81
• 4.6 结论81-82
• 结论82-85
• 参考文献85-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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