离心风机仿生叶片的设计及流动特性研究

发布时间：2017-06-24 17:11

  本文关键词：离心风机仿生叶片的设计及流动特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：风机是工业生产部门重要的辅助设备，广泛应用于火力发电、石油化工、炼铁、采矿等行业，其实际运行状况直接关系到工业生产能否安全生产和经济运行。当气流流过风机叶轮流道时，会由于粘性作用受到叶片表面摩擦阻力，产生流动损失，进而引起风机全压的降低，影响风机性能。 本文采用数值模拟方法，，结合仿生学脊状减阻理论，对脊状结构在G4-73型离心风机叶片翼型表面的减阻特性进行了研究。结果表明：脊状结构在叶片表面具有较好的减阻效果，脊状结构宽度s=0.1mm时的减阻效果最好，最大减阻率为9.65%，在风机设计流量下减阻率为2.96%。脊状表面近壁区时均速度相比光滑表面明显增大，边界层近壁面的法向速度梯度降低，湍动能、湍流强度都明显低于光滑表面，验证了翼型表面脊状结构具有的减阻效果。当脊状结构相对位置为后段布置时，脊状表面会使粘性阻力随流速增大而大幅增加，总阻力也随之增大，减阻率降低，减阻效果下降甚至产生增阻现象。 本文尝试通过建立离心风机三维单流道模型，研究脊状结构改型叶片在风机内部的减阻特性和对风机运行特性的影响。计算结果表明，在小流量工况下，脊状结构布置于压力面和吸力面时，脊状表面单流道模型全压均会高于相同工况下的光滑表面模型，最大增幅4.21%，间接反映叶片表面流动损失的减少，证明了脊状结构具有的减阻效果。并从速度场、剪切应力和湍流参数等多方面对计算结果进行了分析，从边界层分离、边界层法向速度梯度和二次涡等角度等解释了脊状结构在风机叶片表面的减阻机理。文中所得研究结果可为工程实际中风机的优化改型及性能改善提供参考依据。
【关键词】：离心风机 翼型叶片 脊状结构 减阻 数值模拟
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH432
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 非光滑表面减阻方法及研究现状10-12
• 1.2.1 脊状结构减阻技术10-11
• 1.2.2 数值模拟在减阻技术研究方面的应用11
• 1.2.3 非光滑表面减阻技术在翼型减阻中的应用11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-13
• 第2章 风机翼型脊状减阻二维数值模拟及可靠性分析13-32
• 2.1 湍流模型13-14
• 2.2 近壁面处理14
• 2.3 几何模型14-15
• 2.4 网格的划分15-17
• 2.5 边界条件和初始条件17
• 2.6 脊状表面减阻特性研究17-30
• 2.6.1 脊状表面的壁面摩擦阻力及减阻结果17-19
• 2.6.2 脊状表面的速度分布19-22
• 2.6.3 脊状表面湍流参数分布22-24
• 2.6.4 壁面剪切应力24-25
• 2.6.5 法向涡量分布25-26
• 2.6.6 脊状结构布置位置对减阻特性的影响26-30
• 2.7 本章小结30-32
• 第3章 加装脊状结构三维离心风机单流道数值模拟32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 计算模型设计与生成32-34
• 3.2.1 整机几何模型32-33
• 3.2.2 单流道的建模33-34
• 3.3 计算区域的离散化34-35
• 3.4 边界条件与求解方法的确定35-36
• 3.5 并行计算方法36-37
• 3.6 单流道脊状结构减阻结果与分析37-47
• 3.6.1 改型前后单流道性能参数对比37-38
• 3.6.2 速度分布38-41
• 3.6.3 剪切应力分析41-45
• 3.6.4 湍流参数分析45-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 结论与展望48-51
• 4.1 结论48-49
• 4.2 展望49-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果54-55
• 致谢55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈康民;任意旋成面上带分流叶片叶栅气动正命题有限元解法[J];工程热物理学报;1982年02期

2 宫武旗,李新宏,黄淑娟;沟槽壁面减阻机理实验研究[J];工程热物理学报;2002年05期

3 刘志华;董文才;熊鹰;;雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析[J];海军工程大学学报;2007年02期

4 潘光;武昊;胡海豹;黄桥高;;脊状结构减阻优化设计方法[J];火力与指挥控制;2011年06期

5 张成春;任露泉;王晶;;旋成体仿生凹环表面减阻试验分析及数值模拟[J];吉林大学学报(工学版);2007年01期

6 宋保维;刘占一;胡海豹;黄桥高;吴文辉;;翼型表面脊状结构减阻特性的数值仿真研究[J];计算力学学报;2010年05期

7 王晋军,李亚臣;沟槽面三角翼减阻特性实验研究[J];空气动力学学报;2001年03期

8 李育斌，乔志德，王志歧;运七飞机外表面沟纹膜减阻的实验研究[J];气动实验与测量控制;1995年03期

9 王晋军,兰世隆,陈光;沟槽面湍流边界层结构实验研究[J];力学学报;2000年05期

10 黄德斌,邓先和,王杨君;沟槽面管道湍流减阻的数值模拟研究[J];水动力学研究与进展(A辑);2005年01期

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1 张磊;离心风机多目标优化及旋转失速机理研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

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本文编号：478900