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除尘通风机叶栅及后流道流场的数值计算

作　者: 郭传江
导　师: 张永建
学　校: 山东科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 除尘风机数值模拟优化设计性能预测径向间隙
分类号: TH432.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 16次
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内容摘要

本文以SCF型除尘通风机为研究对象,通过对特定工况下除尘通风机叶栅及后流道流场的定常数值模拟和额定工况下的非定常数值模拟,揭示了气流在通风机内部的真实流动状态,找出了流动损失产生的部位和根源,并以此为依据提出了减小通风机结构尺寸、提高通风机效率的方法和途径,最后对除尘通风机进行了改型设计,并对改型风机进行了数值模拟。本文首先从基本的流动控制方程出发,推导了描述风机内部三维非定常湍流的控制方程组,采用Realizable k-ε模型使控制方程组封闭,并且将流动控制方程组在时间和空间上进行了离散。在建立的除尘风机叶栅及后流道流场几何模型上,采用非结构四面体单元分块生成了计算网格,在流动变化剧烈的叶片通道和间隙区域内适当加密网格。给定速度入口和压力出口边界条件,完成除尘风机在特定工况下的定常计算和额定工况下的非定常流动计算。通过对典型截面上压力场,速度场和涡量场的分布特征进行分析,找出了边界层分离、叶道涡和二次流等各种损失产生的部位和根源。然后以数值研究结果为依据,提出了除尘风机的改型方案。通过优化风机设计参数,完成了轴流式除尘风机的改型设计,并对改型后的除尘风机进行数值模拟和性能预测,验证了改进方案的可行性和有效性。通过性能预测可以看出,采用三元流动理论优化设计的除尘风机,不仅效率大幅度提高,而且高效区的分布范围更宽,有利于风机在变工况条件下运行。另外,本文对影响风机性能的各项设计参数如气流冲角、径向间隙、叶片数和轮毂比等进行了精确的定量和理论分析。最后,通过与试验测得的除尘风机性能曲线进行对比,可以看出,数值运算方法具有较高的可靠性,可以为除尘风机的优化设计和改型设计提供依据,不仅能够大副地提高设计效率,而且可以减少试验时间和经济耗费。因此,除尘通风机叶栅及后流道流场的数值计算具有较高的理论价值和实践意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-17
  1.1 课题的提出  12-13
  1.2 国内外研究概况及发展动态  13-14
  1.3 本文的研究目的及意义  14-16
  1.4 本文研究的主要内容  16-17
2 流体流动数值模拟基本理论  17-41
  2.1 流体流动数值模拟的基本步骤  17-18
  2.2 基本控制方程  18-24
  2.3 湍流模型  24-30
  2.4 边界条件  30-32
  2.5 网格划分  32-36
  2.6 控制方程的离散化和数值解法  36-41
3 SCF型湿式除尘风机的数值模拟及性能预测  41-59
  3.1 计算区域几何模型的建立  41-42
  3.2 网格划分  42-45
  3.3 SCF型湿式除尘风机的定常运算及结果分析  45-55
  3.4 SCF型湿式除尘风机的非定常运算及结果分析  55-59
4 SCF型湿式除尘风机的改型设计  59-74
  4.1 改型设计的总体思路  59-61
  4.2 新型风机的几何模型建立  61-65
  4.3 新型风机的定常运算及结果分析  65-70
  4.4 性能比较及定量分析  70-74
5 数值计算的试验验证  74-77
  5.1 除尘通风机的性能试验  74-75
  5.2 数值运算与试验结果比较  75-76
  5.3 本章小结  76-77
6 全文总结及展望  77-80
  6.1 全文总结  77-78
  6.2 未来工作展望  78-80
参考文献  80-84
攻读硕士学位期间发表的论文  84-85
致谢  85

除尘通风机叶栅及后流道流场的数值计算

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