基于参数化建模的G4-73风机叶轮的优化研究

发布时间：2020-02-11 11:25

【摘要】：本文通过对G4-73型离心通风机叶轮参数进行优化,达到提升风机全压和效率的目的。由于日渐成熟的数值模拟技术在解决工程问题时具有突出的优势,本文主要采用数值模拟方法对不同叶轮参数的风机模型进行研究。在深入分析数值模拟操作过程的基础上,将参数化思想应用其中,基于VB编程语言结合FLUENT数值软件编制了针对风机模型的参数化数值建模平台,它的应用大大简化了数值模拟过程中的几何建模及网格划分等计算前处理操作。对不同取值时的风机叶片数、叶片出口安装角及叶轮出口宽度等三个叶轮参数对应的模型通过参数化平台进行模拟计算,对模拟得到的48组结果应用神经网络建模并用遗传优化算法针对风机全压和效率进行多目标优化,对优化后的叶轮参数进行模拟计算以验证优化结果。研究表明利用参数化思想对数值计算软件进行二次开发是切实可行的,它能够有效地提高研究人员的工作效率。叶轮参数单独变化对风机全压与效率的影响表现在:叶片数在设计值12片附近变动时,风机全压随叶片数增加而增加,效率虽然也呈增加趋势,但在叶片数大于11片后趋于平缓;叶片出口安装角在原参数45°附近时风机全压与效率都能达到较高数值;叶轮出口宽度在18.3cm至19.8cm范围时,风机全压与效率优于原始叶轮模型。最终优化得到叶片数、叶片出口安装角和叶轮出口宽度值分别为13片、44.6°及20.25cm。对优化后的参数模型进行模拟,结果表明,在原风机设计流量值附近区域,全压与效率都有明显提高,二者比优化前模型分别提高2.12%和0.67%,并且叶轮与蜗壳内的速度分布也得到改善,达到了预定的优化目的。
【图文】：

曲线,风机组,几何模型

蜗壳宽度沿轴向扫略，进而生成蜗壳实体；叶片部分建模：根据翼型叶片的设计尺寸在 GAMBIT 中做出各翼型特征点，再以 NURBS（非统一有理样条曲线）方式进行拟合连接成闭合区域平面，进而生成实体，再将单个的叶片绕轴线进行旋转复制以生成叶片阵列；集流器部分建模：由于其轴对称性，根据相关尺寸先做出集流器侧面母线的控制点，再连接曲线，最后再绕轴线旋转生成几何实体；叶轮体的建模：风机叶轮也是一个完全轴对称的结构，叶轮前盖板为弧形曲面，建模时先将叶轮子午面上的叶轮前后盖板曲线做出，连接成平面，再绕轴线旋转成体。因实际盖板材料厚度极薄，故在实体建模时忽略其材质厚度，即在保证叶轮流道尺寸精确度的情况下，将微小的前后盖板厚度所占居的空间归于蜗壳体中；其余部分几何体的建模：在建好以上几部分主要的实体后，还需要做出简易防涡圈和轮毂体，并以集流器进口直径做出 1m 长的进口管。在蜗壳出口处，按实验系统布置做出一个由矩形截面到圆形截面过渡的锥形接头，再从圆截面上拉伸出 1m 长的出口管。各部分几何体分别建模后，还要生成风机实体模型，，即将其按一定的逻辑顺序进行组装，图 2-2 给出了组装前后的风机几何模型。

速度分布,进口管,后集,速度分布

进出口管的影响际的风机实验系统中，进出口数据如压力等值的测量位置均在距一段距离的圆筒形风道上，为了更真实的模拟出风机平台的流动风机物理模型的建模时，分别加入了一定长度的进口管段和出口口段为例，考查引入进口管段对计算流场带来的影响。计算时离边界设置为速度入口，而一般给定入口速度时只给出一个恒定数置对实际进口管入口是合适的，但如果忽略了进口长管，直接给一个垂直于入口截面的恒定速度则不符合实际情况，因为气流在到达集流器入口截面时，截面上的速度分布已经变得不均匀，此度近似于层流下的抛物线分布。对引入进口管段的模型进行模拟向剖面的速度分布如图 2-3 所示。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH432

【参考文献】