对旋式通风机全流场内压力脉动及气动噪声特性的数值研究

发布时间：2020-11-13 07:04

　　 对旋风机因其结构紧凑、安装使用方便,以及在压力特性和反风性能方面的一些优点,近年来在矿井通风、隧道换气和锅炉引风等工程领域得到了广泛应用。因此,对旋风机效率的提高和噪声的降低,必将带来可观的经济效益和显著的社会效益。随着计算机性能的提高和数值计算技术的发展,数值模拟方法已经广泛应用于叶轮机械的设计研发过程当中。 本文建立了对旋风机从集流器进口到扩散器出口的全流场几何模型,并采用适应性强的非结构化四面体网格单元进行了适当的网格划分,使用滑移网格技术处理旋转域与静止域之间的动静耦合;推导出描述对旋风机内部三维非定常湍流的控制方程组,采用RNG k-ε湍流模型使其封闭,并将其在空间域和时间域上离散;给定合理的边界条件,应用SIMPLE算法实现速度和压力之间的耦合,完成了对旋风机在设计工况下运行时的定常流动计算,然后以定常流动的计算结果作为初场完成了非定常流动的计算。 本文将计算流体动力学(CFD)、计算气动声学(CAA)和快速傅立叶变换(FFT)方法相结合,在定常流动计算的基础上,引入基于声学类比理论的宽频声源模型,数值预测了对旋风机气动噪声参数中声功率和声强级的分布情况;在非定常流动计算的基础上,得到了风机各通流部件内气流压力脉动的时域和频域分布,据此分析了风机内部气流压力脉动的主要频率、强度及其在风机内部的变化规律。 通过定常和非定常流动的数值计算,获得了压力、速度、涡量等流场参数的分布规律,通过数值模拟结果与实验结果和设计参数的对比,验证了数值预测结果的准确性;预测结果表明:对旋风机两级叶轮及其附近区域是流场中压力脉动最强的区域,前后两级叶轮之间的动-动干涉、前后级叶轮与其相邻部件之间的动-静干涉以及湍流流动的周期非定常特性是对旋风机气动噪声产生的主要根源。 本文数值研究的结果可为对旋风机的参数优化和结构设计提供参考依据,对研究和开发高性能风机产品和风机噪声的主动控制具有重要的理论意义,对提高对旋风机的整体性能和运行安全性具有重要的工程应用价值。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH432
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究现状及分析
    1.3 本文的研究内容及意义
2 几何模型的建立及网格生成
    2.1 对旋风机设计参数
    2.2 全流场几何模型的建立
    2.3 网格生成技术
    2.4 计算区域网格划分结果
3 数学模型的建立与数值计算方法
    3.1 流动控制方程
    3.2 湍流模型
    3.3 控制方程的离散与求解方法
    3.4 边界条件的确定
4 定常数值模拟结果与分析
    4.1 压力场数值模拟结果与分析
    4.2 速度场及涡量场数值模拟结果与分析
    4.3 定常流动数值模拟及其与实验结果的比较与分析
5 非定常数值模拟结果与分析
    5.1 压力场数值模拟结果与分析
    5.2 速度场及涡量场数值模拟结果与分析
    5.3 非定常流动数值模拟及其与实验结果的比较与分析
6 压力脉动数值模拟结果与分析
    6.1 风机轴向压力脉动分析
    6.2 叶轮径向压力脉动分析
    6.3 压力脉动特性分析小结
7 气动噪声的数值预测
    7.1 通风机气动噪声基本理论
    7.2 气动噪声声功率分布预测
    7.3 气动噪声声强级分布预测
    7.4 宽频气动噪声分布预测小结
8 总结与展望
    8.1 本文总结
    8.2 未来研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

【引证文献】

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1 袁言昆;;对旋轴流风机的设计计算与仿真分析[J];山西煤炭管理干部学院学报;2013年03期

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本文编号：2881894