精密离心机流—热—固多场耦合计算

发布时间：2017-10-19 12:30

  本文关键词：精密离心机流—热—固多场耦合计算

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【摘要】：精密离心机是惯性导航系统加速度计标定和校准的重要设备,其误差对加速度计标定精度有重要影响,提高离心机标定精度对提高惯性导航精度具有深远意义。本文以精密离心机为对象,计算转盘在流-热-固多场耦合作用下的结构变形。文中通过理论分析、数值模拟等方法分析了离心机流场、温度场及结构场耦合特性,并分析影响离心机热性能及结构变形因素,具体研究内容如下：(1)流-热-固多场耦合数值计算方法研究。建立此类问题的全耦合数学模型,研究求解数学方程的强、弱耦合算法及其应用。总结和区分目前多场耦合求解方法,在此基础上定义了三种分析方法：直接法、顺序迭代法和顺序耦合法,并建立它们与强、弱耦合算法的联系。再通过两个同类耦合问题实例对比三种分析方法的计算精度,为离心机多场耦合计算方法选择提供依据。(2)流-热-固耦合作用下离心机热变形数值计算。将离心机热变形问题分为流固耦合换热求解和热-结构耦合求解。分析离心机工作原理、多场耦合关系并建立离心机多场耦合数学模型。仿真建模及计算,包括几何建模、网格剖分、给定边界条件、MRF方法和共轭传热仿真技术应用、求解器选择等。将计算结果与实验值对比,得出相对误差在10%以内,验证本文仿真方法的有效性。对比了直接法和顺序耦合法计算离心机流场、温度场结果,分析二者的计算精度。(3)离心机热性能及结构变形影响因素分析。分析粗糙度对离心机热性能的影响,计算并对比不同粗糙度下的换热量、流动所处粗糙区及截面流速和温度。分析有无外界热源对离心机热性能的影响。分析转速对离心机热性能及结构变形的影响,得出转速与转盘温度、变形量的拟合关系式。研究惯性力及风阻温升和惯性力共同作用下离心机的结构变形规律,并对比不同作用下的结构变形特性。
【关键词】：精密离心机 多场耦合 计算方法 热变形
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究工作11-16
• 1.2.1 精密离心机综述11-13
• 1.2.2 多场耦合问题研究工作13-16
• 1.3 本文章节安排16-18
• 第二章 流-热-固多场耦合计算方法研究18-38
• 2.1 多场耦合现象及数学模型18-20
• 2.1.1 流-热-固多场耦合现象18-19
• 2.1.2 流-热-固多场耦合数学模型19-20
• 2.2 强、弱耦合算法20-24
• 2.2.1 强耦合算法20-21
• 2.2.2 弱耦合算法21-24
• 2.3 多场耦合求解方法24-27
• 2.3.1 多种求解方法的总结与分析24-26
• 2.3.2 建立分析方法与耦合算法联系26-27
• 2.4 求解方法计算精度对比27-37
• 2.4.1 流固耦合换热问题求解28-33
• 2.4.2 热-结构耦合求解33-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 流-热-固耦合作用下离心机热变形数值计算38-58
• 3.1 离心机工作原理及多场耦合数学模型38-40
• 3.1.1 离心机工作原理38-39
• 3.1.2 离心机多场耦合数学模型39-40
• 3.2 离心机流场、温度场仿真方法40-47
• 3.2.1 10~(-6)精密离心机几何模型40-41
• 3.2.2 网格剖分及边界条件41-42
• 3.2.3 MRF方法及共轭传热仿真技术的应用42-45
• 3.2.4 离心机仿真技术细节及求解流程45-47
• 3.3 离心机流场、温度场数值计算47-50
• 3.3.1 流场、温度场计算结果47-49
• 3.3.2 流场、温度场计算结果与实验值对比49-50
• 3.4 直接法与顺序耦合法计算对比50-53
• 3.5 热变形耦合计算53-57
• 3.5.1 热变形耦合计算仿真方法53-55
• 3.5.2 热变形计算结果55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 精密离心机热性能及结构变形影响因素研究58-77
• 4.1 表面粗糙度对离心机热性能影响58-66
• 4.1.1 考虑粗糙度的近壁面流动方程58-59
• 4.1.2 不同粗糙度条件下离心机流场、温度场计算59-66
• 4.2 外部热源对离心机热性能影响66-67
• 4.3 转速对离心机热性能及结构变形影响67-71
• 4.3.1 转速对离心机热性能影响规律研究68-70
• 4.3.2 转速对离心机结构热变形影响规律研究70-71
• 4.4 惯性作用和风阻温升对离心机结构变形影响71-76
• 4.4.1 惯性作用对离心机结构变形影响71-73
• 4.4.2 综合作用下离心机的结构变形73-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 总结与展望77-79
• 5.1 总结77-78
• 5.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士期间取得成果83

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本文编号：1061122