离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性及优化研究

发布时间：2017-04-01 08:09

  本文关键词：离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性及优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源问题是伴随着我国乃至世界各国国民经济发展的最重要问题之一。节约能源措施本身,已被专家视为“第五能源”,可以大大节省常规能源开发的投资。而对于流体机械,因黏性作用,流体在流道内流动时会在机械表面产生摩擦阻力,造成流动损失,对机械性能产生影响。脊状结构减阻技术源于仿生学的研究,通过在对象表面布置一定形状的脊状结构,能够有效的减小摩擦阻力。本文采用数值模拟方法,对脊状结构在平板表面和G4-73型离心风机翼型叶片表面的减阻特性进行了研究,并依据脊状结构在平板表面的减阻数据的分析及优化结果,对脊状结构在离心风机翼型叶片表面的减阻特性进行了分析及其优化研究。研究结果表明,脊状结构在平板表面是可以达到较好的减阻效果的,其中“h=s=0.1mm、d=0”的脊状结构减阻效果最为明显,最大减阻率可达3.02%,对应黏性减阻率可达40.53%。相比于光滑表面,脊状表面增加了压差阻力,减小了黏性阻力。压差阻力随脊状结构间隔尺寸的增加而减小,黏性阻力随间隔尺寸的增加而增大。在平板表面的脊状结构沟槽内,形成了稳定的二次涡,这些涡起到了类似“滚动轴承”的作用,减小了阻力。脊状表面的涡量、湍动能和湍流强度、壁面剪切应力以及压损都低于光滑表面,定性地反映了其具有的减阻效果。小尺寸的脊状结构的减阻效果较好,减小间隔尺寸可以明显地减小壁面剪切应力,同时增加了涡的数量,对应的黏性减阻效果也增强。脊状结构在翼型叶片表面也达到了较好的减阻效果,其作用机理与平板表面类似。其中最大减阻率在脊状结构尺寸为h=s=d=0.1mm时取得,可达9.65%,对应黏性减阻率可达30.84%,但是当其间隔尺寸d=0时,有更好的普适性。此外,h=s=0.2mm的脊状结构也具有较好的减阻效果。翼型模型的减阻数据以及各项湍流参数均表明,其在翼型表面能够取得更好的减阻效果。本文研究结果可为工程实际中工作机械表面的优化改型及性能改善提供参考依据。
【关键词】：脊状结构 减阻特性 翼型叶片 数值模拟 优化研究
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH432
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 脊状结构减阻的研究及应用现状11-16
• 1.2.1 脊状结构减阻在平板表面的研究12-14
• 1.2.2 脊状结构减阻在旋成体表面的研究14
• 1.2.3 脊状结构减阻在翼型表面的研究14-15
• 1.2.4 脊状结构减阻的应用现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第2章 数值模拟的前处理工作17-23
• 2.1 湍流模型的选取及处理17-18
• 2.2 脊状结构的设计及计算18-19
• 2.3 模型的建立及网格划分19-22
• 2.4 边界条件和初始条件22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 平板表面脊状结构的减阻特性及优化研究23-41
• 3.1 CFD计算验证23-24
• 3.1.1 平板壁面摩擦阻力系数23-24
• 3.1.2 平板边界层厚度24
• 3.2 平板表面脊状结构减阻结果分析24-31
• 3.3 平板表面脊状结构区域流体的流动分析31-33
• 3.4 平板表面脊状结构内涡的速度分布33
• 3.5 平板表面法向涡量分布33-35
• 3.6 平板表面湍流参数分布35-36
• 3.7 平板表面壁面剪切应力分布36-39
• 3.8 平板模型压损分析39-40
• 3.9 本章小结40-41
• 第4章 翼型表面脊状结构的减阻特性及优化研究41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 翼型表面脊状结构减阻结果分析41-46
• 4.3 翼型表面脊状结构区域流体的流动分析46-48
• 4.4 翼型表面脊状结构内涡的速度分布48-49
• 4.5 翼型表面法向涡量分布49-50
• 4.6 翼型表面湍流参数分布50-51
• 4.7 翼型表面壁面剪切应力分布51-54
• 4.8 本章小结54-56
• 第5章 结论与展望56-59
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果62-63
• 致谢63

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡海豹;宋保维;刘占一;黄桥高;;脊状表面近壁区湍流度分布规律[J];火力与指挥控制;2010年06期

2 黄桥高;潘光;胡海豹;刘占一;;回转体表面不同尺寸脊状结构的减阻数值仿真[J];火力与指挥控制;2011年03期

3 胡海豹;宋保维;刘占一;黄桥高;潘光;;脊状表面流场数值计算方法研究[J];空气动力学学报;2011年03期

4 潘光;黄桥高;胡海豹;刘占一;;回转体表面不同间隔脊状结构的减阻数值仿真研究[J];空气动力学学报;2010年03期

5 胡海豹;黄桥高;潘光;刘占一;吴文辉;;脊状表面的加工成型技术及其减阻试验研究[J];航空制造技术;2011年07期

6 潘光;武昊;胡海豹;黄桥高;;脊状结构减阻优化设计方法[J];火力与指挥控制;2011年06期

7 刘占一;宋保维;胡海豹;黄桥高;黄明明;;脊状表面减阻特性的风洞试验研究[J];实验力学;2008年05期

8 宋保维;李磊;胡海豹;刘占一;;新型不同尺寸分布的脊状表面减阻特性研究[J];鱼雷技术;2009年04期

9 宋保维;刘占一;胡海豹;黄明明;黄桥高;马骥;;光滑和脊状表面湍流边界层流场对比试验研究[J];兵工学报;2009年06期

10 吴正人;郝晓飞;戎瑞;王松岭;;脊状表面翼型叶片减阻机理研究[J];系统仿真学报;2014年06期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 宋保维;胡海豹;潘光;马骥;;脊状表面降噪特性仿真研究[A];2008’促进中西部发展声学学术交流会论文集[C];2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 郝晓飞;离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性及优化研究[D];华北电力大学;2015年

2 郭晓娟;脊状表面减阻特性及其结构优化设计研究[D];西北工业大学;2007年

  本文关键词：离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性及优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：280282