基于动网格技术的离心泵叶片反问题方法

发布时间：2020-11-22 03:07

　　 近年来,通过研究人员的不断努力及CFD数值计算能力的不断发展提高,对于离心泵内部流场的数值分析能力也获得了较快发展,对于离心泵的研究越来越多,越来越广泛,为此,在有关离心泵正问题的研究领域取得了一系列的科研成果,使研究人员对离心泵的内部流动有了更加深入的了解。但一直以来科研人员和学者在有关离心泵反问题的研究上一直没有取得可喜的成果,对有关反问题的研究也较难进行。这是因为离心泵的内部流场极为复杂,以目前科研人员的经验和数值计算方法并不能完全熟悉、掌握内部湍流流动的情况,对内部流场几何形状没有较好的办法进行控制。基于当前有关离心泵叶片反问题研究所面临的难点,本文的主要研究内容和工作都是围绕反问题方法展开的,为此,提出了一种新的反问题研究方法。主要工作及成果如下:1.提出一种新的离心泵叶片反问题研究方法。基于动网格及UDF技术的离心泵叶轮叶片反问题方法,将动网格变形方法和Fluent中UDF技术结合起来,实现对离心泵叶片的控制。了解动网格变形方法的基本原理和特点后,依据叶片上总压(载荷)来控制叶片每一个时间步的变形,构建通过载荷控制叶片变形的函数,从而通过流场变量就能实现对叶片形状的控制。这在在反问题方法的研究中开拓新的研究领域。2.提出的动网格反问题方法实际上属于正反迭代的反问题方法。根据叶片目标载荷与当前叶片实际载荷的差值作为控制变量控制叶片每一次的变形,实现叶片的自动变形及叶片变形过程中网格的重构。3.根据提出的反问题方法,通过UDF编写了基于动网格方法的离心泵叶片反问题的计算程序,程序简单,节省计算时间,同时具备良好的稳定性。4.由于叶轮叶片上的载荷分布并不规则,直接应用叶片上的载荷控制叶片变形,导致变形后的叶片变得并不光顺,从而影响数值模拟计算的准确性,因此在UDF程序中加入了曲线拟合功能,即通过最小二乘法原理对叶片上的载荷进行前处理,对拟合后的叶片变形结果表明,采用最小二乘法拟合叶片载荷后叶片变形光顺,流场计算合理。5.经过对动网格反问题方法得到的叶型的水力性能与目标叶型水力性能的对比可以看出,动网格反问题方法叶型的扬程和效率与目标叶型的扬程和效率几乎一致,表明该动网格反问题方法是准确、可行的。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH311
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 离心泵正、反问题研究进展
    1.3 离心泵反问题研究的难点
    1.4 离心泵反问题方法研究进展
    1.5 本文的主要研究工作
第2章 动网格变形方法的原理及算法
    2.1 动网格变形原理
        2.1.1 动网格变形方法概述
        2.1.2 守恒型动网格流场计算方程
    2.2 动网格变形算法
        2.2.1 铺层模型（Layering）
        2.2.2 弹性光顺模型（SpringSmoothing）
        2.2.3 局部网格重构模型（LocalRemeshing）
    2.3 动网格变形方法的设置
        2.3.1 设定动网格变形参数
        2.3.2 设置动网格的运动区域
        2.3.3 预览动网格
    2.4 离心泵动网格问题的建立
        2.4.1 离心泵叶片反问题的动网格方法
        2.4.2 离心泵叶片的变形算法
        2.4.3 离心泵叶片的动网格反问题算法
    2.5 本章小结
第3章 基于动网格反问题方法中UDF技术的应用
    3.1 UDF技术概述
        3.1.1 UDF基础
        3.1.2 FLUENT求解过程中UDF的调用顺序
    3.2 基于动网格反问题方法的UDF编程
        3.2.1 UDF编程的基本思路及内容
        3.2.2 FLUENT中三种动边界控制实现方法
        3.2.3 叶片上载荷插值
        3.2.4 最小二乘法曲线拟合
        3.2.5 离心泵叶片反问题方法流程
    3.3 本章小结
第4章 基于动网格技术的离心泵叶片反问题分析
    4.1 几何模型的建立
        4.1.1 确定目标叶片形状
        4.1.2 确定初始叶片形状
    4.2 计算模型网格划分
        4.2.1 确定网格类型
        4.2.2 数值计算模型网格划分
        4.2.3 网格无关性检查
    4.3 叶片载荷求解
        4.3.1 初始模型数值计算
        4.3.2 计算初始叶片载荷
    4.4 结果分析与讨论
        4.4.1 确定动网格反问题方法得到的叶型
        4.4.2 水力性能对比分析
        4.4.3 叶片变形过程中对载荷、叶片型线及网格重构的分析
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A攻读学位期间发表的论文及科研成果

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 韩万今,才大颖,徐文远,王仲奇;端壁与叶片表面静压分布对叶栅气动特性影响的实验研究[J];工程热物理学报;1989年03期

2 陈兆波;甘露;朱玉梅;余龙江;栗茂腾;;香紫苏叶片表面微区元素成分分析研究[J];现代生物医学进展;2007年12期

3 刘波,王掩刚,朱柱国,赵旭民,曹志鹏;低速涡轮叶栅风洞中叶片表面边界层转捩图像捕捉[J];流体力学实验与测量;2003年01期

4 李锐龙;朱亚先;张勇;;一种简便的原位测定红树叶片表面菲的荧光分析方法[J];分析化学;2015年06期

5 王伟中;顾大路;吴传万;杨文飞;杜小凤;文廷刚;;水稻不育系叶片表面结构电镜观察[J];中国农学通报;2012年36期

6 余德亿;黄鹏;姚锦爱;陈峰;康文斌;;3种不同抗蓟马水平的榕树叶片表面超微结构和蜡质成分及含量的比较[J];热带作物学报;2013年08期

7 王狂飞,李邦盛,张喆,郭景杰,熊艳才,傅恒志;镍基高温合金铸造叶片表面细化机理的研究[J];铸造技术;2005年06期

8 陈丽;王萍;刘贝贝;张勇;;光纤荧光法对吸附于红树叶片表面上荧蒽的测定[J];分析测试学报;2009年11期

9 刘勇;陈巨莲;程登发;;不同小麦品种(系)叶片表面蜡质对两种麦蚜取食的影响[J];应用生态学报;2007年08期

10 房岩;王誉茜;孙刚;关琳;;樱桃叶片表面的特殊复合浸润性及仿生制备[J];东北师大学报(自然科学版);2016年04期

相关博士学位论文 前3条

1 董学智;PSE方法在叶片表面流动稳定性预测中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

2 张猛;农林植物生物特性参数和生长环境信息采集技术与平台研究[D];中国农业大学;2016年

3 房瑶瑶;森林调控空气颗粒物功能及其与叶片微观结构关系的研究[D];中国林业科学研究院;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 曹永勇;兆瓦级风电机组复合材料叶片的载荷分析及稳定性研究[D];兰州理工大学;2018年

2 李树林;基于动网格技术的离心泵叶片反问题方法[D];兰州理工大学;2018年

3 白雪花;观赏花卉叶片表面疏水/疏油机理及仿生制备[D];长春师范大学;2017年

4 毕语涵;长春市区典型观赏植物叶片表面的疏水仿生设计[D];长春师范大学;2016年

5 李少英;螺旋铣削叶片表面微观几何形貌仿真及切削参数分析[D];西安理工大学;2009年

6 钟香梅;典型靶标作物叶表面对农药液滴吸附特性的研究[D];吉林大学;2015年

7 张衡;低压涡轮叶片表面边界层流动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 李强;基于高速摄像的风力机叶片结冰实验研究[D];东北农业大学;2014年

9 李世超;整体叶轮微观表面轮廓特征提取及其应用[D];西京学院;2015年

10 徐灵鑫;风力发电机叶片表面缺陷检测的研究[D];中国计量学院;2015年

本文编号：2894009