轴流风机数值模拟的若干问题探讨

发布时间：2017-04-09 10:14

  本文关键词：轴流风机数值模拟的若干问题探讨，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：用CFD数值模拟技术实现对轴流风机的性能优化及降噪,是近十年的研究热点。但对风机性能模拟中所用的网格模型、湍流模型及边界条件的湍流参数设置和计算所用的差分格式均没有公认的标准。本文以810mm直径的低压轴流风机为研究对象,分别讨论了网格模型、湍流模型、进口边界条件中湍流参数设置及计算所用的差分格式对风机性能模拟的影响,得出适用于轴流风机性能模拟的湍流模型、差分格式及进口湍流参数,为轴流风机性能模拟中的相关设置提供了参考。首先,本文采用结构化网格、非结构化网格两种网格划分方式对轴流风机几何模型进行网格划分,并基于正交设计试验对两种网格模型进行了网格无关性验证。通过FLUENT软件的自定义函数功能,以湍流中耗散涡为分析点,分析了两种网格模型模拟值存在差异的原因,发现轴流风机动叶周围的网格划分对风机性能模拟结果影响较大。非结构化网格模型因其较好地灵活性可以降低扭曲度较大的风机动叶周围区域的网格畸变度,从而提高风机性能模拟的精确性。基于轴流风机的非结构化网格模型,用S-A湍流模型、标准k-ε湍流模型、RNGk-ε湍流模型、标准k-ω湍流模型及SST k-ω湍流模型分别对轴流风机进行性能模拟。基于快速畸变理论,通过模拟所得风机内部大尺寸涡的尺寸值及Sk/ε项,对比分析各湍流模型计算值的差异及原因,得出RNG k-ε湍流模型模拟的风机性能参数更合理。同时,对比分析了不同进口湍流参数计算所得的轴流风机内部流场中湍流变量,得出适于各湍流模型的进口湍流参数设置值。最后,分别基于两种网格模型探讨了不同差分格式及算法对轴流风机性能模拟的影响,发现压力差分格式对轴流风机性能模拟结果的影响较大。对于轴流风机的非结构化网格模型,Standard压力差分格式模拟所得的风机性能参数较准确；而PRESTO!压力差分格式更适用于轴流风机的结构化网格模型。
【关键词】：轴流风机 差分格式 湍流强度 湍流模型
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH432.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 符号说明7-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 课题背景与意义13-15
• 1.2 数值模拟简介15-16
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势16-19
• 1.4 本文的主要工作19-20
• 第2章 数值模拟理论20-32
• 2.1 三维Navier-Stokes方程20
• 2.2 雷诺方程20-21
• 2.3 基于湍流粘性系数法的湍流模型21-26
• 2.3.1 S-A湍流模型(Spalart-Allmaras湍流模型)22
• 2.3.2 标准k-ε湍流模型22-23
• 2.3.3 RNG k-ε湍流模型23-24
• 2.3.4 标准k-ω湍流模型24-25
• 2.3.5 SST k-ω湍流模型(剪切应力输运k-ω湍流模型)25-26
• 2.4 FLUENT算法26-30
• 2.4.1 差分格式27-29
• 2.4.2 压力-速度耦合算法29-30
• 2.5 边界条件30-32
• 2.5.1 基于水力直径估算的湍流输运量31
• 2.5.2 基于湍流粘度比估算的湍流输运量31-32
• 第3章 网格模型对轴流风机性能模拟的影响32-46
• 3.1 轴流风机的几何模型32-33
• 3.2 轴流风机的网格模型33-39
• 3.3 网格模型对轴流风机数值模拟的影响39-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第4章 湍流模型对轴流风机性能模拟的影响46-64
• 4.1 轴流风机的物理模型46-47
• 4.2 不同湍流模型的计算结果及分析47-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第5章 进口湍流参数设置对轴流风机性能模拟的影响64-88
• 5.1 轴流风机进口的湍流参数设置64-66
• 5.2 湍流强度与水力直径边界条件的计算结果及分析66-83
• 5.3 湍流强度与湍流粘度比边界条件的计算结果及分析83-87
• 5.4 本章小结87-88
• 第6章 差分格式及算法对轴流风机性能模拟的影响88-102
• 6.1 轴流风机性能模拟中差分格式及算法的设置88-89
• 6.2 基于不同差分格式及算法的轴流风机性能模拟结果及分析89-101
• 6.2.1 轴流风机非结构化网格模型的性能模拟结果及分析89-95
• 6.2.2 轴流风机结构化网格模型的性能模拟结果及分析95-101
• 6.3 本章小结101-102
• 第7章 总结与展望102-103
• 7.1 总结102
• 7.2 展望102-103
• 参考文献103-107

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