离心通风机的性能预测与叶片设计研究

发布时间：2017-04-20 10:18

  本文关键词：离心通风机的性能预测与叶片设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心通风机作为一种通用机械,广泛的应用在工业、农业、采矿、化工、机械设备以及建筑通风等多个领域,资料显示我国目前使用的通风机普遍能耗过大,每年仅工业用通风机的耗电量就占全国总电量的12%,因此提升离心通风机效率,对节约能源资源有十分重要的意义[1]。为了提高离心通风机的性能,本文以不同的离心通风机为研究对象,采用数值模拟的方法对离心通风机的性能进行预测并研究其内部流场,并在此基础上展开对离心通风机性能提升的研究。主要研究内容及成果如下:(1)对无蜗壳离心通风机进行反设计,对其结构参数进行重新设计,根据控制速度分布法对叶片做了优化,并在得到的叶片型线基础上使用NACA0010的厚度函数进一步将风机叶片改为翼型叶片。发现优化后的叶片明显提高了无蜗壳离心风机的静压和静压效率,其中静压提升了15.4%,静压效率提升了21.4%。(2)对4-79-7C离心通风机进行数值模拟,并基于数值模拟的结果和控制载荷分布法对离心通风机叶轮进行了反设计,同时研究了中部载荷分布对离心通风机的性能影响。结果表明,中部载荷比为0.7的模型性能较好,全压效率和简化的原始模型相比提升了16%。(3)在载荷法设计模型的基础上进行了进一步的优化,基于其内部流动情况,对流动不合理的地方提出改善。主要是对轮盖侧的叶片入口角和该处的叶片载荷进行了改变,得到了扭曲的三元叶片,并通过数值模拟对其性能进行预测,确定了最终的优化模型,全压效率有了较好的提升。
【关键词】：离心通风机 叶片设计 速度分布法 载荷分布法 三元叶片
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH432
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 离心通风机的实验研究现状10-11
• 1.2.2 离心通风机的数值模拟研究现状11-13
• 1.2.3 离心通风机的性能优化研究13-15
• 1.3 本论文的主要工作15-16
• 第2章 离心通风机知识与CFD理论基础16-25
• 2.1 离心通风机原理16-20
• 2.1.1 离心通风机结构16-17
• 2.1.2 离心通风机性能参数17-18
• 2.1.3 离心通风机基本方程18-20
• 2.2 CFD理论基础20-25
• 2.2.1 CFD概述20
• 2.2.2 CFD求解问题的过程20-23
• 2.2.3 湍流模型23-25
• 第3章 基于控制速度分布法的离心通风机叶片设计25-48
• 3.1 几何模型和数值方法25-28
• 3.1.1 几何模型25-26
• 3.1.2 控制方程26-27
• 3.1.3 数值方法和边界条件27
• 3.1.4 网格无关性验证27-28
• 3.1.5 数值方法验证28
• 3.2 叶轮结构参数设计28-33
• 3.3 控制速度分布法33-43
• 3.3.1 方法简介33-34
• 3.3.2 求解速度函数34-39
• 3.3.3 绘制叶片型线39-40
• 3.3.4 绘制翼型叶片40-42
• 3.3.5 确定叶片数42-43
• 3.4 计算结果与讨论43-46
• 3.4.1 原始模型和改进模型的性能对比43
• 3.4.2 叶轮中间径向截面静压对比43-44
• 3.4.3 叶轮中间径向截面相对速度对比44
• 3.4.4 叶片吸力面流线图对比44-45
• 3.4.5 叶道出口处相对速度分布对比45-46
• 3.4.6 叶轮中间径向截面流线图对比46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 基于载荷法的离心通风机叶片设计48-62
• 4.1 几何模型和数值方法48-52
• 4.1.1 几何模型48-49
• 4.1.2 控制方程49-50
• 4.1.3 数值方法和边界条件50
• 4.1.4 网格无关性验证50-51
• 4.1.5 数值方法验证51-52
• 4.1.6 原始模型简化处理52
• 4.2 叶轮设计过程52-56
• 4.2.1 风机结构参数设计52-53
• 4.2.2 控制载荷法53-54
• 4.2.3 载荷分布函数54-55
• 4.2.4 绘制叶片型线55-56
• 4.3 结果分析与讨论56-61
• 4.3.1 风机性能曲线对比56-57
• 4.3.2 对叶轮单独计算57-58
• 4.3.3 叶轮中间径向截面速度矢量图对比58
• 4.3.4 叶轮中间径向截面静压云图对比58-59
• 4.3.5 叶片压力面静压云图对比59-60
• 4.3.6 叶片表面静压分布曲线对比60
• 4.3.7 叶道出口处的相对速度分布对比60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 离心通风机后弯叶片的三元设计62-71
• 5.1 引言62
• 5.2 设计过程62-64
• 5.2.1 方法论证62-63
• 5.2.2 改进模型63-64
• 5.3 数值方法64-65
• 5.3.1 控制方程64
• 5.3.2 数值方法和边界条件64-65
• 5.4 结果分析与讨论65-70
• 5.4.1 风机性能曲线对比65
• 5.4.2 叶片吸力面流线图对比65-66
• 5.4.3 叶轮轮盖侧径向截面相对速度对比66-67
• 5.4.4 叶轮径向截面静压云图对比67-69
• 5.4.5 叶片压力面静压云图对比69
• 5.4.6 叶道出口相对速度分布对比69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第6章 总结和展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间的研究成果77-79
• 致谢79

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