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空调用多翼离心风机的优化设计研究

作　者: 李芳
导　师: 孟宪颐
学　校: 北京建筑工程学院
专　业:
关键词: 多翼离心风机优化设计 ANSYS FLUENT
分类号: TU831.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

多翼离心风机因其尺寸较小、流量系数较大以及压力系数较高的优点，在空调系统中被广泛的应用。近些年来，国内外主要深入集中地研究了多翼离心风机的几何结构和设计方面的优化，并在其内流场的数值模拟和试验研究方面做了一些研究工作。本文主要研究提高风机效率的同时降低其噪声，从而实现风机综合优化的目的。本文结合某空调企业的产品开发，从数值分析的角度，利用商用ANSYS及FLUENT软件对各种结构参数组合的多翼风机进行了优化设计分析，结果表明达到了优化目标。本文在前人研究工作的基础上，通过分析空调用多翼离心风机的设计过程，提出了多目标混合离散变量优化设计方法。本文主要的研究内容和取得的成果如下：1、建立了空调用多翼离心风机的优化数学模型。在优化数学模型中，建立了效率和噪声的综合目标函数；选取了对风机性能有重要影响的6个参数，即叶片进口安装角、叶片出口安装角、蜗壳宽度、蜗壳出口长度、叶片数及转速6个参数作为设计变量，其中包括了连续性和离散性设计变量。2、采用ANSYS-APDL语言编写优化程序，对建立的风机优化数学模型进行优化迭代。在程序中，利用ANSYS中的函数功能，很好地实现了设计问题中具有混合离散设计变量的优化求解。优化结果表明效率可达到81.5%，噪音声功率级可达到142.64dB，比没有优化时的效率71.9%提高了9.6%，噪音声功率级比没有优化时的144.23dB降低了1.59dB。3、在ANSYS中建立了风机优化模型，对优化风机叶轮进行了强度和模态分析，结果表明优化后风机是满足使用需求的。4、采用FLUENT前处理软件GAMBIT建立了优化前后的风机实体模型，对优化前后的多翼离心风机的速度矢量和压力分布进行了对比分析。分析表明，优化后的风机无论在速度还是压力方面都得到了提升，与前面ANSYS优化结果吻合，说明本文所采用的研究方法是可行的，可以用在同类风机的设计中。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-12
  1.1 课题研究的背景及目的  9
  1.2 风机设计研究概况  9-10
  1.3 本文研究内容  10-12
第2章离心风机的参数化设计  12-20
  2.1 离心风机基本理论  12-15
    2.1.1 离心风机的主要部件  12-14
    2.1.2 离心风机的特性参数  14-15
  2.2 参数化设计  15-16
  2.3 多翼离心风机的参数化设计  16-19
    2.3.1 多翼离心风机参数化设计的意义  16
    2.3.2 多翼离心风机参数化设计的实现  16-17
    2.3.3 蜗壳模型的参数化  17-18
    2.3.4 叶轮模型参数化  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章基于 ANSYS-APDL 的离心风机优化设计  20-38
  3.1 广义优化设计理论  20-25
    3.1.1 优化设计的基本术语  21-23
    3.1.2 优化设计问题的数学模型  23-24
    3.1.3 优化方法分类  24-25
  3.2 离心风机数学模型的建立  25-29
    3.2.1 离心风机的效率响应模型  25-27
    3.2.2 离心风机的噪音响应模型  27-28
    3.2.3 综合目标函数的确定  28-29
  3.3 设计变量的选取  29-30
  3.4 实例风机的优化  30-32
    3.4.1 原始参数  30-31
    3.4.2 优化数学模型  31-32
  3.5 基于 APDL 的优化设计编程  32-33
    3.5.1 设计变量  32-33
    3.5.2 状态变量约束  33
  3.6 优化结果分析  33-37
  3.7 本章小结  37-38
第4章空调用多翼离心风机的实体建模及边界处理  38-54
  4.1 多翼离心通风机的实体模型建立  38-42
    4.1.1 叶轮模型的建立  38-39
    4.1.2 蜗壳建模  39-40
    4.1.3 利用 GAMBIT 创建风机模型  40-42
  4.2 网格理论及网格实体生成  42-45
    4.2.1 FLUENT 中各种网格的介绍  42-43
    4.2.2 利用 GAMBIT 划分网格  43-45
    4.2.3 利用 GAMBIT 初建边界条件  45
  4.3 叶片强度与模态分析  45-53
    4.3.1 叶片强度分析  45-48
    4.3.2 叶片模态分析  48-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章基于 fluent 的优化前后流场分析  54-70
  5.1 FLUENT 简介  54-58
    5.1.1 程序的结构及用途  54-55
    5.1.2 用 FLUENT 程序求解问题的步骤  55-56
    5.1.3 求解方法的选择及求解过程  56-57
    5.1.4 边界条件的确定  57-58
  5.2 优化前后流场对比分析  58-68
    5.2.1 优化前后速度矢量对比  58-65
    5.2.2 优化前后压力分布对比  65-68
  5.3 本章小结  68-70
结论  70-72
参考文献  72-74
致谢  74

空调用多翼离心风机的优化设计研究

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