跨声速离心机风阻力矩的数值计算

发布时间：2020-06-12 12:46

【摘要】：离心机通过高速转动产生离心力,作用在样品上,来模拟样品所承受的力学环境。由于其生产成本高、生产周期长、制造安装工程巨大,在设计之初通过数值模拟方法利用计算机设备对离心机的重要流场参数进行数值模拟,是目前备受关注的研究课题。本文以某跨声速离心机为研究对象,以计算流体动力学为基础,通过对其流场进行数值计算,得到其风阻力矩大小及波动情况,为其驱动电机的选择和结构优化提供数据和经验。具体研究内容如下:(1)跨声速离心机流场数值仿真方法研究。推导并确定了考虑空气压缩性时空气的各项物性参数。分析对比了标准k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型和RS模型四种湍流模型对跨声速离心机流场数值模拟的精确度。对离心机的几何建模、网格划分、边界条件设定、近壁面处理方法、交界面位置等关键参数进行了讨论分析。(2)在定常状态下,对常速59.7rad/s、跨声速119.4rad/s和0.01atm下59.7rad/s三个不同工况下的离心机流场进行数值模拟,在流场中建立水平方向和竖直方向的观测点,就观测点处的速度和压力进行了记录与分析,从而得到流场中的速度分布和压力分布。推导并确定了真空状态下空气的物性参数。对不同转速下离心机风阻力矩进行数值计算,并拟合出转速-力矩公式,验证了离心机转速与风阻力矩的二次关系。(3)在非定常状态下,对常速59.7rad/s和跨声速119.4rad/s两个工况的离心机风阻力矩进行了数值计算,采样离心机转动两圈的数据,通过对采样数据分析得到其风阻波动情况。改变转臂倾斜角度并进行数值计算,对计算结果进行横向对比分析,验证了该方案对减小离心机风阻波动的有效性。
【图文】：

图 1-1 亚洲一号离心机表 1-1 中国离心机性能一览表使用单位 半径/m 加速度/g模型质量/kg容量/gt 承制单位 建成年长江科学院3.0 300 500 150长江科学院1982南京水利科学研究院2.0 250 200 50航空集团602 所1989清华大学 2.0 250 200 50航空集团602 所1992香港科技大学4.2 150 4000 400 美国 2001

接近来流的速度。由于边界层的厚度很小，导致边界层内流体的速度体的粘性效应也主要体现在边界层内。近壁区域，由于流动情况变化很大，Fluent 中目前有两种解决该问题面函数法，该方法使用半经验方法的壁面函数（wall function）来修近壁面区域数值模拟的误差。二是近壁模型法，，该方法通过低雷诺k 模型）求解近壁粘性影响区域。两种方法对壁面处网格尺寸要要非常小的网格尺寸才能满足。方便对近壁面区域网格进行处理，引入无量纲物理量 y ，表示第一壁面的距离。 的定义式为：y uy （0u/ 具有速度量纲，被称为摩擦速度；y 是到固体壁面的距离大小，近壁面区域可划分为粘性底层、过渡层、对数率层三部分，。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK05

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本文编号：2709550