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轴流式风机的优化设计及数值模拟

作　者: 罗皓
导　师: 昌泽舟
学　校: 东北大学
专　业: 工程热物理
关键词: 轴流风机优化设计效率数值模拟 FLUENT
分类号: TH432.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 214次
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内容摘要

轴流风机是一种性能优异并且适合大流量场合的流体机械,在很多行业都有广泛的应用。轴流风机的优化设计也一直备受风机设计者的欢迎。随着计算机技术的发展,利用计算机辅助设计轴流风机已经成为一种趋势。本文在给定流量和全压的情况下,以地铁轴流通风机为例,分别用等环量方法和最优化方法设计的叶片扭曲规律。采用GAMBIT软件建立数值模型,并对模型进行网格划分,再用CFD软件——FLUENT对两个模型进行流场模拟计算,改变流量得到不同工况下模型的全压、有效功率和效率性能曲线图,然后分别对两个模型的性能曲线进行对比,比较两种设计方法的不同,以便摸索出更好的叶片设计方法,最后对模型效果图进行分析,观察速度和压力的变化情况。轴流通风机的数值模拟不仅可以解释很多性能参数的变化情况,对吹风实验以及生产都有很好的指导作用。课题中,对分别采用最优化方法与等环量方法设计轴流风机得到的风机全压对比图,有效功率对比图以及风机全压效率对比图进行分析,发现最优化方法在提高效率,降低轴功率方面都要好于等环量设计方法。此外,对风机内部压力分布和速度分布进行分析,用图示的方法解释了叶轮扩压,圆柱面假设等一些现象和理论。对应用FLUENT软件模拟轴流风机时常用到的RNG-k-ε模型和多坐标参考系模型(MRF)做了介绍和分析,对未来应用FLUENT软件模拟风机内部流场提供有效的软件技术支持。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-11
    1.1.1 风机现状  10
    1.1.2 轴流风机  10-11
    1.1.3 轴流通风机的主要研究方向和产品"三化"  11
  1.2 风机优化设计  11-13
    1.2.1 风机优化设计回顾  11-13
    1.2.2 变环量法优化设计  13
  1.3 利用CFD技术设计叶轮  13-15
    1.3.1 流动的三维性  14
    1.3.2 流体的粘性  14
    1.3.3 流动的非定常性  14-15
  1.4 本课题的意义  15
  1.5 本文的主要内容  15-18
第2章轴流通风机设计理论及湍流模型  18-38
  2.1 孤立翼型和平面直列叶栅理论  18-22
    2.1.1 儒可夫斯基定理  18-20
    2.1.2 空气动力基本方程  20-21
    2.1.3 孤立叶型法和叶栅法  21-22
  2.2 等环量和变环量理论  22-23
    2.2.1 轴流风机径向平衡条件  22
    2.2.2 等环量和变环量法  22-23
  2.3 轴流通风机最优流型气动设计的效率公式  23-30
    2.3.1 叶轮叶栅压力损失计算  24-25
    2.3.2 后导流器叶栅压力损失计算  25-27
    2.3.3 级出口损失计算  27-28
    2.3.4 轴流通风机最优流型气动设计的约束条件  28-30
  2.4 FLUENT中的湍流模型  30-34
    2.4.1 流体多维运动基本控制方程  30-32
    2.4.2 湍流模型  32-33
    2.4.3 RNG-k-ε模型  33-34
  2.5 边界条件  34-38
    2.5.1 固壁条件与壁面函数  34-36
    2.5.2 进口条件  36
    2.5.3 出口条件  36-38
第3章轴流风机的气动设计  38-48
  3.1 等环量法设计地铁轴流风机  38-43
    3.1.1 叶轮的气动设计  38-41
    3.1.2 后导流器的气动设计  41-42
    3.1.3 径向间隙和轴向间隙  42-43
    3.1.4 集流器和整流罩的计算  43
  3.2 最优化方法设计地铁轴流风机  43-48
第4章地铁通风机模型及流动模拟  48-62
  4.1 地铁通风机的建模与网格划分  48-49
    4.1.1 地铁通风机的建模  48
    4.1.2 地铁轴流风机的网格划分  48-49
  4.2 地铁轴流通风机的数值模拟  49-62
    4.2.1 计算参数的确定  49-50
    4.2.2 地铁轴流通风机的整机模拟  50-58
    4.2.3 模拟效果图分析  58-62
第5章结论与展望  62-64
  5.1 总结  62
  5.2 展望  62-64
参考文献  64-68
致谢  68

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