轴流泵间隙流动数值模拟与试验研究

发布时间：2020-08-23 22:06

【摘要】：据对轴流式压气机的研究，由叶顶间隙引起的间隙流动影响着流场的结构与流动损失的分布，影响着机器的效率，因此这一影响因素在进行三维气动设计时应予以充分的重视与考虑。间隙流动将导致损失增加，改变出流条件，正确预测这一流动现象对进一步提高压气机转子的效率有着重要的意义。泵是应用广泛的通用机械之一，其中轴流泵占有相当大的比例。据文献介绍，我国轴流泵水力模型的效率，从总体上看比国外先进水平低(1-3)％。而由于对泵内真实流动现象，特别是叶片顶部间隙区流动的研究还不深入，显然不能满足高性能轴流泵设计的需要。对于轴流泵，类似的研究在国内外还不多见。因此，为了深入考察叶顶间隙对泵内流场及性能的影响，本文进行了轴流泵间隙流动数值模拟与试验的研究。采用激光测速仪LDV，对轴流泵叶轮内部及进出口旋转流场进行了流动测量研究。在LDV应用接口基础上，完成了轴编码器系统的开发，实现了周期多点采样和连续测量，解决了轴流泵内部旋转流场LDV试验中测点周向定位及锁相位测量的难点问题。编制的轴流泵LDV实验数据处理程序，可以自动提取测试数据，提供相关图表、曲线、图形，从而能够直观观察流动现象，评估流动状况，考察流动特性。提出了FLUENT／GAMBIT平台上基于组件(COM)的轴流泵参数化三维造型方法。提出了多项式拟合方法，解决了由有限翼型截面拟合光滑叶片表面的关键问题。造型程序采用COM技术与OLEDB数据接口，以翼型数据库为基本参数，实现了轴流泵的自动建模。参数化造型方法根据流体动力学仿真软件FLUENT的特点，保证了造型的精确性，避免了交互式取点造型的复杂过程，是一种有效的适合数值模拟的几何建模方法，能够满足轴流泵三元流动数值模拟要求。采用FLUENT，以雷诺平均N-S方程为流动控制方程，标准k-ε模型为湍流模型，SIMPLEC算法求解压力速度耦合问题与非结构化网格划分技术，进行了多种间隙与多种工况下的轴流泵叶轮内部三元流动的数值模拟研究，通过试验对照，表明计算方法可靠、有效。同时，对叶轮出口轴向速度、径向速度分布、过叶片转动中心的轴面速度矢量、叶片背面压力分布和叶端附近流态进西南交通大学博士研究生学位论文第11页行了重点分析。在三维数值模拟的基础上，建立了考虑粘性及间隙影响的轴流泵叶轮水力性能的预估模型。该方法能够反映叶轮的性能特性，可用于轴流泵的性能预测及叶轮几何参数的优化，从而能为轴流泵的水力设计提供依据。通过三维参数化造型建立过流部件实际流道的几何模型，采用FLUENT进行数值模拟，结合LDV试验对照，建立水力性能预估模型，形成了一种研究轴流泵内部复杂流动现象的系统方法。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH32
【图文】：

运行图,用户界面,组件,关键组件

3.5关键组件实现方法轴流泵三维参数造型程序由类似Outlcok风格的界面组件，OLEDBCOM组件，GAMBITCOM组件，EXCEL自动化组件，三次样条自动化组件，绘图自动化组件，查找文件自动化组件，曲面拟合自动化组件等组件构建而成。现将关键组件的主要功能及其实现方法简要描述如下。3.5.1类似Outlook风格的界面组件程序的设计在实现用户的要求的前提下，一个友好方便的操作界面也是不可或缺的，提供形象生动的界面，对于帮助用户尽快掌握软件，提高工作效率都是有益处的，本程序采用了类似于Outlook界面的环境，将程序的一些基本功能通过菜单，下拉条，按钮的方式提供，快捷有效。当运行本程序时，会在任务栏中出现运行动画运行图标，如任务栏中第四个图标。

FLUENT软件,文件,环境,自动启动

西南交通大学博士研究生学位论文第43页得进口和出口处都有一个很小的圆角。第二个是当叶轮的工作面，背面，轮缘面，轮毅面作出后，怎样让计算机自动把叶轮进口面和出口面作出呢?这就需要用到GAMBIT提供的一些函数:ListEntity，substr，strstr，找到进口面和出口面的标识号，然后将它们连接而成框架面。另外，在划分网格时，取间距为多少的网格也需要考虑，我在计算中采用的做法是先取一个较大的间距对网格进行划分，计算得到流场计算结果，然后再将间距减半，重新进行计算，比较这两次计算的结果，看它们的分布，数值大小是否接近，如果是，就取这两次间距的平均值作为最终划分间距，如果不是，就再次将间距减半，重新计算直到用户认为合适即可，在理论上，认为间距越小越好，越能反映流场的真实性，但实际上由于计算机运算能力的限制，间距过小是不合适的，因为它很可能导致运算时间过长而死机，还有通过GAMBIT绘出的模型并不完全和我们的实际叶轮重合，因此也没有必要追求过小间距。

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能导致运算时间过长而死机，还有通过GAMBIT绘出的模型并不完全和我们的实际叶轮重合，因此也没有必要追求过小间距。图3一8GAMBIT文件退出GAMBIT环境后，自动启动FLUENT软件进行计算，计算完成后，将输出结果保存到XYPlots文件中，退出FLUENT软件环境，返回到参数化造型软件，调用Excel自动化组件，启动Excel，将计算结果进行处理，建立Excel表

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