动叶可调轴流通风机的叶型研究

发布时间：2017-05-22 08:57

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【摘要】：动叶可调轴流通风机是常用的工业设备之一,广泛用于火电厂、煤矿井、隧道以及地铁等场合中,因此,追求动叶可调轴流通风机的高性能、高效率对于能源的充分利用有着切合实际的意义。动叶可调轴流通风机的主体部分一般选用可调动叶加后导叶的结构形式,未安装后导叶的通风机在动叶出口处有大量的周向动能损失,而作为回收这一部分周向动能的主要结构,后导叶在将动叶出口气流的周向动能转换为静压的过程中发挥着很大的作用。设计出合理的后导叶能够有效地提升动叶可调轴流通风机的性能,从而达到节约能源的目的。基于此背景,本次课题以动叶可调轴流通风机的动叶作为研究基础,设计出了良好的后导叶与其匹配,满足原动叶可调轴流通风机的性能曲线。首先将已有的动叶三维模型作为单叶轮级在两种不同安装角下进行气动分析,得出后导叶设计所需参数以及合理的设计工况点,再利用理论计算确定后导叶的详细几何参数,在软件Axstream中建立两种后导叶的三维模型,并进行优化修型。通过对两种后导叶与不同安装角的动叶进行匹配后的叶轮级进行多工况下三维气动性能计算,发现在动叶根部安装角为15。时设计出的后导叶与原动叶匹配后的叶轮级性能较好,最终选择此安装角下设计出的后导叶模型作为设计结果。进一步通过极限流线、压力云图、相对速度云图以及等熵云图来直观地分析运行工况点下风机内部流场细节情况,并分别改变流量和动叶安装角,对比计算结果,总结各项性能参数的变化规律,同时验证了后导叶设计的合理性。以效率作为目标函数,应用软件NUMECA中的Design 3D模块对已设计出的后导叶进行三维优化。再将优化出的模型与原动叶匹配,进行三维性能计算,得出结果,证明了后导叶优化的可靠性。最后,对优化后的叶片进行加工,并按照运行工况对装有设计后导叶的通风机进行实验,其性能满足要求。
【关键词】：动叶可调轴流通风机 后导叶 气动分析 气动设计 三维优化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH432.1
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 符号说明16-18
• 第一章 绪论18-38
• 1.1 研究背景及意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.2.1 动叶可调轴流通风机气动优化设计19-20
• 1.2.2 叶型(优化)研究20-21
• 1.2.3 内部流场变化规律21-22
• 1.2.4 风机动叶调节机构22
• 1.3 动叶可调轴流通风机基础理论22-25
• 1.3.1 轴流通风机结构形式22-24
• 1.3.2 轴流通风机工作特性24-25
• 1.4 通风机数值计算方法25-34
• 1.4.1 通风机内部三维湍流的计算方法28
• 1.4.2 湍流模型分类28-29
• 1.4.3 S-A模型29-30
• 1.4.4 空间离散30-31
• 1.4.5 粘性项的离散31-32
• 1.4.6 非粘性项的离散32
• 1.4.7 时间离散32-33
• 1.4.8 隐式残差光顺33-34
• 1.5 本文主要工作34-38
• 第二章 后导叶的数值设计和三维成型38-54
• 2.1 构造动叶叶型38-39
• 2.2 叶轮级(R级)气动分析39-42
• 2.3 后导叶气动性理论计算42-45
• 2.4 后导叶的数值设计和三维成型45-49
• 2.5 (R+S)级叶轮二维气动计算49-51
• 2.6 (R+S)级叶轮三维气动验算51-53
• 2.7 本章小结53-54
• 第三章 数值模拟结果及分析54-82
• 3.1 研究模型和计算方法54-58
• 3.1.1 研究模型和网格划分54-57
• 3.1.2 边界条件及计算方法的设定57-58
• 3.2 计算结果58-65
• 3.2.1 两种后导叶计算结果对比分析58-63
• 3.2.2 特性曲线对比分析63-65
• 3.3 机内部流场分析65-80
• 3.3.1 模型1在后导叶设计点流量(700kg)下的内部流场情况65-71
• 3.3.2 流量变化对模型1内部流动情况的影响71-75
• 3.3.3 动叶安装角变化对风机内部流动情况的影响75-80
• 3.4 本章小结80-82
• 第四章 三维数值优化82-96
• 4.1 优化方法基础82-83
• 4.1.1 优化理论82-83
• 4.1.2 优化流程83
• 4.2 叶片参数化建模及拟合83-88
• 4.2.1 叶片参数化建模介绍83-85
• 4.2.2 参数化建模过程85-87
• 4.2.3 参数化拟合87
• 4.2.4 参数化拟合结果87-88
• 4.3 制定流场分析流程88-89
• 4.4 样本库生成及目标函数的确定89-91
• 4.5 优化后风机性能分析91-93
• 4.6 后导叶加工93-94
• 4.7 本章小结94-96
• 第五章 总结与展望96-98
• 5.1 本文总结96-97
• 5.2 展望97-98
• 参考文献98-102
• 致谢102-104
• 研究成果及发表的学术论文104-106
• 作者和导师简介106-107
• 附件107-108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张黎燕;盛艳君;;煤矿轴流风机动叶调节机构的设计计算[J];煤矿机械;2013年06期

2 方媛媛;;三维圆柱体绕流数值模拟流场选择及网格划分[J];水道港口;2009年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 彭林斌;能量回收向心透平设计及内部流动分析[D];上海交通大学;2010年

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本文编号：385190