增加导流槽结构对轴流叶轮驱动力矩的影响研究

发布时间：2017-05-21 18:25

  本文关键词：增加导流槽结构对轴流叶轮驱动力矩的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为当代最重要能源利用装置的叶轮机械,被广泛地运用在电力能源,军工,交通运输,三航等重要领域。叶轮机械的研究主要分为能源利用效率研究和结构可行性研究两类。归功于高强度新型材料不断地被研发出来以及先进制造技术的大力发展,如今制造叶轮机械材料的强度、刚度、抗振性等机械性能大幅度提高,同时也允许我们更精细地改进叶轮机械结构来提高其能源利用率,创造更大的经济价值和社会价值。本文主要是一篇探索性质的文章,其研究目的在于分析导流槽结构对轴流叶轮驱动力矩的影响。因此本文的研究工作是以叶轮机械的核心部件——叶轮转子叶片作为主要研究对象。本文以轴流水轮机为例,分析其工况条件下转子叶片增开导流槽结构对驱动力矩的影响。本文研究路线：用动量守恒方程推导出叶轮机械转子叶片驱动力矩的理论解；选用最常见的一类轴流式水轮机转子进行实体尺寸测量;利用CATIA软件将所测数据建立三维实体模型；利用ANSA软件对模型划分流体网格等相关CFD前处理操作；利用FLUENT软件中带旋修正的k-e模型进行数值求解并利用连续性方程、伯努力方程以及动量守恒方程验证数值解的正确性；在之前转子模型上增加不同导流槽结构后再次进行仿真,通过比对分析出一种导流槽结构能够增加叶轮转子驱动力矩；最后通过实验验证仿真结果的正确性。本文不仅为后续轴流叶轮机械增加导流槽结构的最优化研究提供了合理的参考依据,同时也为后续轴流叶轮机械增加导流槽结构的详细机械性能分析提供了必要条件。本文的研究结论普遍适用于各种轴流叶轮机械。
【关键词】：轴流 叶轮转子 导流槽 驱动力矩
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK733.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 前言10-11
• 1.2 叶轮机械效率影响因素的研究现状11-17
• 1.2.1 工况参数影响11-12
• 1.2.2 叶型损失影响12-13
• 1.2.3 二次流损失影响13-16
• 1.2.4 叶顶漏气损失影响16
• 1.2.5 叶轮内部非定常流动引起的时均损失影响16-17
• 1.3 导流槽结构轴流叶轮机械的研究现状17-18
• 1.3.1 导流槽结构轴流叶轮机械实际应用17-18
• 1.3.2 增开导流槽后叶轮转子力学性能分析概述18
• 1.4 本文研究目的、研究内容及技术路线18-19
• 1.4.1 研究目的18-19
• 1.4.2 研究内容19
• 1.4.3 技术路线19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 导流槽结构轴流叶轮动力机械驱动力矩理论计算20-32
• 2.1 轴流叶轮动力机械工作原理20
• 2.2 导流槽结构轴流叶轮动力机械流体力学模型假设条件20
• 2.3 导流槽结构轴流叶轮动力机械驱动力矩计算推导思路20-21
• 2.4 导流槽结构流叶轮动力机械驱动力矩公式推导21-25
• 2.4.1 单个导流槽叶片所受合力计算公式理论推导21-23
• 2.4.2 单个导流槽叶片所受合力矩计算公式推导23-24
• 2.4.3 导流槽结构叶轮转子驱动力矩计算公式推导24
• 2.4.4 公式分析24-25
• 2.5 导流槽结构叶轮转子表面流体速度场和矢量半径数值计算25-31
• 2.5.1 CFD求解器中速度控制方程25-28
• 2.5.2 导流槽结构叶轮转子湍流模型方程28-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 叶轮转子模型的建立32-40
• 3.1 叶轮转子基本尺寸测量实验32-33
• 3.2 叶轮转子三维实体模型建立33-34
• 3.2.1 CATIA三维建模软件介绍33
• 3.2.2 叶轮转子模型建立33-34
• 3.3 叶轮转子模型流体网格划分34-39
• 3.3.1 流体网格类型34-35
• 3.3.2 ANSA有限元前处理软件介绍35-37
• 3.3.3 叶轮转子模型导入ANSA划分网格37-38
• 3.3.4 定义模型边界位置38-39
• 3.3.5 利用ANSA生成FLUENT软件所需的网格文件39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 叶轮转子驱动力矩仿真计算40-57
• 4.1 FLUENT流体仿真软件介绍40-41
• 4.1.1 FLUENT应用领域40-41
• 4.1.2 FLUENT求解过程41
• 4.2 利用FLUENT设置叶轮转子流体模型工况参数并迭代求解41-52
• 4.2.1 求解器设置41-42
• 4.2.2 粘度模型设置42
• 4.2.3 外界工况条件设置42-43
• 4.2.4 流体材料设置43
• 4.2.5 边界条件设置43-46
• 4.2.6 控制方程设置46-51
• 4.2.7 初始化51-52
• 4.2.8 收敛残差设置以及迭代求解52
• 4.3 计算结果分析52-56
• 4.3.1 流场速度流线分布53
• 4.3.2 进出口总压分布53-54
• 4.3.3 叶轮转子排流效率54
• 4.3.4 叶轮转子表面流体速度分布54-55
• 4.3.5 叶轮转子表面总压分布55
• 4.3.6 叶轮转子驱动力矩55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 叶轮转子增加不同导流槽结构驱动力矩仿真计算57-75
• 5.1 叶轮转子叶盆面增开沿半径方向外引流的导流槽结构仿真57-61
• 5.1.1 三维实体模型建立57-58
• 5.1.2 CFD分析前处理58
• 5.1.3 CFD分析后处理58-61
• 5.2 叶轮转子叶背面增开沿半径方向外引流的导流槽结构仿真61-66
• 5.2.1 三维实体模型建立61-62
• 5.2.2 CFD分析前处理62-63
• 5.2.3 CFD分析后处理63-66
• 5.3 叶轮转子叶背面增开沿半径方向内引流的导流槽结构仿真66-70
• 5.3.1 三维实体模型建立66-67
• 5.3.2 CFD分析前处理67
• 5.3.3 CFD分析后处理67-70
• 5.4 归纳导流槽结构因素对轴流叶轮驱动力矩的影响70-72
• 5.4.1 导流槽开设位置影响71
• 5.4.2 导流槽数量和截面形状尺寸影响71
• 5.4.3 导流槽流向影响71-72
• 5.5 叶轮转子驱动力矩测量实验72-74
• 5.5.1 叶轮转子增开导流槽结构前后驱动力矩对比实验72-73
• 5.5.2 水轮机叶轮转子驱动力矩精确测量实验系统73-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第6章 结论与展望75-78
• 6.1 结论75-76
• 6.1.1 全文内容总结75
• 6.1.2 研究数据总结75-76
• 6.1.3 创新点76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 攻读学位期间主要的研究成果82-84
• 攻读硕士学位期间以发表的论文82
• 参与项目82-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：384478