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基于Imageware喷头逆向建模与流场模拟试验研究

作　者: 徐琳
导　师: 韩文霆
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 摇臂式喷头逆向数值模拟试验
分类号: S277.94
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

分析了国内外摇臂式喷头的研究进展及发展趋势,发现国内摇臂式喷头计算流体动力学研究较少。为了加深摇臂式喷头的数值模拟研究,本文以雨鸟30IBH摇臂式喷头为研究对象,对喷头流道的弯曲段曲面进行逆向重构,误差分析结果显示,曲面的与点云的几何误差的最大值、平均值和标准差分别为0.4660、0.0993和0.0721mm。用游标卡尺测量喷头流道入口段和主副喷嘴的尺寸,在Imageware软件中,建立起喷头内流道的完整曲面。在Gambit中将喷头内流道曲面生成三维实体模型,用四面体为主混合六面体的网格单元对其进行网格划分。在Fluent中用RNG k -ε模型和SIMPLEC计算方法对喷头内三维流道进行数值模拟,得到6种喷嘴组合直径和10种入口压力下的喷头流量、压力、速度、湍动能等参数及其标准差的值。数值模拟结果分析表明:主副喷嘴流量比几乎不受喷头入口压力变化影响,它随主喷嘴直径增大而减小,随副喷嘴直径增大而增大。喷头入口和主副喷嘴出口平均速度均随着入口压力增大而增大;主喷嘴直径增大时,入口的平均速度增大,主喷嘴出口平均速度无规律变化,副喷嘴出口的平均速度几乎不变;副喷嘴直径增大时,入口和副喷嘴出口平均速度增大,主喷嘴出口平均速度几乎不变。喷头入口压力、主喷嘴直径或副喷嘴直径增大,都会导致喷头入口的平均湍动能增大;喷头主喷嘴出口的平均湍动能随入口压力的增大而增大,主喷嘴直径增大时它减小,副喷嘴直径增大时它呈无规律变化;除了喷嘴直径为4.37×3.18mm时副喷嘴出口的平均湍动能无规律变化外,喷头副喷嘴出口的平均湍动能随入口压力的增大而增大,主喷嘴直径增大或副喷嘴直径增大,喷头副喷嘴出口的平均湍动能都呈无规律变化状态。喷头副喷嘴与弯管连接处是整个喷头承受静压力最大的地方,进行喷头结构设计时应加以关注。比较喷头的模拟流量与试验流量,结果表明,模拟流量与试验流量的相对误差随着入口压力增大而减小,压力在180~320kPa范围内,模拟流量与试验流量相对误差较大,最大为33.66%,最小为9.47%,在340~400kPa范围内,模拟流量与试验流量相对误差除了喷嘴直径为4.37×2.38mm时为15.64%稍大于15%之外,其余情况下均小于15%。此外,模拟时副喷嘴流量占喷头流量比例与试验时非常接近。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究进展  11-14
  1.3 本文研究目标和内容  14
    1.3.1 研究目标  14
    1.3.2 研究内容  14
  1.4 本文研究路线  14-16
第二章雨鸟30IBH 摇臂式喷头内流道曲面重构  16-28
  2.1 逆向工程简介  16
    2.1.1 实物几何外形数字化  16
    2.1.2 CAD 模型重建  16
  2.2 喷头内流道三维点云数据的获取  16-20
    2.2.1 喷头切割  16-19
    2.2.2 三维扫描  19-20
  2.3 点云数据处理  20-23
    2.3.1 预处理  20
    2.3.2 点云拼接  20-21
    2.3.3 点云数据精简  21-23
  2.4 曲面逆向重构  23-26
    2.4.1 点云数据分割  23-24
    2.4.2 曲面拟合  24-25
    2.4.3 重构曲面精度分析  25-26
  2.5 建立喷头内流道曲面模型  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章雨鸟30IBH 摇臂式喷头内流道流场数值模拟  28-49
  3.1 基本控制方程  28-30
  3.2 湍流数值计算方法  30-34
    3.2.1 Reynolds 平均法  31-33
    3.2.2 涡粘模型  33-34
    3.2.3 RNG k-ε模型  34
  3.3 控制方程求解方法  34-37
    3.3.1 SIMPLEC 解法  36-37
  3.4 网格划分  37-38
  3.5 初始条件和边界条件  38
  3.6 模拟结果  38-48
    3.6.1 流量与入口压力关系  38-39
    3.6.2 主副喷嘴间的流量分配关系  39-40
    3.6.3 速度与入口压力关系  40-42
    3.6.4 湍动能与入口压力关系  42-43
    3.6.5 静压力、速度和湍动能的标准差与入口压力关系  43-46
    3.6.6 喷头内流道流场剖视图  46-48
  3.7 本章小结  48-49
第四章雨鸟30IBH 摇臂式喷头水力性能试验  49-56
  4.1 试验材料与设备  49
  4.2 试验方法  49-51
  4.3 试验结果  51
  4.4 模拟结果与试验结果对比  51-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章结论与建议  56-58
  5.1 结论  56
  5.2 建议  56-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
作者简介  62

基于Imageware喷头逆向建模与流场模拟试验研究

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