离心风机的数值模拟及性能分析

发布时间：2017-04-26 06:09

  本文关键词：离心风机的数值模拟及性能分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心式通风机是一种重要的叶轮机械,在工业生产中有比较广泛的应用。同时,离心风机也是工业生产中主要耗电设备之一。国内工厂中目前对离心风机的设计研发通常是以实验为主要手段,通过大量的实验数据对比得到相对较好的结果。虽然实验手段在绝大多数情况下也能满足生产需求,但是实验过程难免伴随着大量人力财力的损耗、设计和新产品开发周期漫长等诸多不良因素。利用先进的数值模拟方法对离心风机进行仿真分析不仅可以减少对人力财力的损耗,而且可以大大缩短产品的开发周期。本文利用Gridgen和Ansys CFX等数值模拟软件,以静压和静压效率为优化目标对浙江省某通风设备公司的离心风机进行数值模拟。第二章介绍了离心风机的实验研究。首先介绍了离心风机的工作原理,以及所要研究的离心风机的基本参数,然后借助公司的通风机实验平台对离心风机进行实验研究,对实验数据进行处理后得到实验条件下的风机性能曲线。第三章主要是离心风机的数值模拟研究。首先介绍了数值模拟的基本原理、守恒方程、湍流模型和网格生成技术。然后利用Solidworks和Gridgen软件建立离心风机三维实体模型和全三维网格模型。利用Ansys CFX进行边界条件设置并求解。第四章对数值模拟结果进行分析。首先将数值模拟结果和实验结果对比选择出SST湍流模型更加适合此款离心风机。然后绘制数值模拟得到的离心风机流量静压曲线和流量静压效率曲线,通过分析工况和变工况情况下的静压云图和速度云图分析其内部流动情况。第五章研究了容积损失对离心风机性能的影响。分别对影响内部泄漏的集流器和叶轮径向间隙δ以及集流器末端伸入叶轮深度l进行局部优化。得到结果表明,当径向间隙δ=4mm,集流器末端伸入叶轮深度l=25mm时,该离心风机不仅具有更高的静压效率,同时有更宽的使用工况范围。优化后,在离心风机的额定工况(3.15kg/s)下静压提高49.2Pa,静压效率提高2.5%。第六章进行了全文总结和工作展望。
【关键词】：离心风机 数值模拟 实验研究 湍流模型
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH432
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题的背景和意义10-11
• 1.2 CFD技术的发展及应用11
• 1.3 离心风机研究方法11-15
• 1.3.1 实验研究方法12
• 1.3.2 数值模拟方法12-15
• 1.4 本文研究主要内容15-17
• 第二章 离心风机的实验研究17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 离心风机基本结构及工作原理17-21
• 2.2.1 离心风机叶轮型式18-19
• 2.2.2 离心风机的损失和效率19-21
• 2.3 离心风机的参数21
• 2.4 实验方案的确定21-22
• 2.5 离心风机试验装置22-25
• 2.5.1 离心风机实验平台主要部件23
• 2.5.2 离心风机实验平台主要测量仪器23-25
• 2.6 实验数据整理及结果分析25-26
• 2.6.1 试验数据整理25-26
• 2.6.2 实验数据分析26
• 2.7 本章小结26-27
• 第三章 离心风机数值模拟研究27-44
• 3.1 流体力学基本方程27-30
• 3.1.1 质量守恒方程27-28
• 3.1.2 动量守恒方程28-30
• 3.1.3 能量方程30
• 3.2 湍流模型30-33
• 3.2.1 一方程模型30-31
• 3.2.2 标准k?ε模型31-32
• 3.2.3 k?ω模型32
• 3.2.4 模型32-33
• 3.3 网格生成技术33-35
• 3.3.1 网格的类型33-34
• 3.3.2 网格生成原则34-35
• 3.3.3 网格生成软件介绍35
• 3.4 离心风机实体建模及网格生成35-41
• 3.4.1 离心风机叶轮模型建立和网格生成35-37
• 3.4.2 离心风机蜗壳模型建立和网格生成37-38
• 3.4.3 离心风机集流器模型建立和网格生成38-41
• 3.5 物理条件设置41-43
• 3.5.1 计算域设置41
• 3.5.2 边界条件设置41-42
• 3.5.3 求解器控制42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 模拟结果分析44-56
• 4.1 模拟结果与实验结果对比45-47
• 4.2 流量为 3.12kg/s的流动分析47-50
• 4.2.1 子午面压力和速度分布47-48
• 4.2.2 径向面的压力和速度分布48-50
• 4.3 变流量情况下离心风机压力与速度分析50-55
• 4.3.1 变流量情况子午面压力和速度分析50-51
• 4.3.2 变流量情况径向面压力和速度分析51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 容积损失对离心风机性能影响56-66
• 5.1 径向间隙对离心风机性能的影响56-61
• 5.2 集流器末端伸进叶轮深度l对离心风机性能的影响61-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 全文总结与展望66-68
• 6.1 全文总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 附录73

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