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离心风机叶轮内气固两相流动及叶片磨损研究

作　者: 梅丹
导　师: 幸福堂
学　校: 武汉科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 离心风机叶轮两相流数值模拟运动轨迹颗粒浓度磨损率
分类号: TH432
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 449次
引　用: 4次
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内容摘要

用于排放、输送含尘气体的离心通风机,都是在高颗粒浓度环境下工作。固体颗粒在运动中与叶轮不可避免地发生摩擦、碰撞、反弹、磨损及沉积问题,从而影响叶轮机械的动平衡且危及其可靠性和使用寿命。数值模拟是气固两相流研究中极富前途的研究方法,目前,数值计算的方法也是研究风机叶轮内流场问题的主要途径,运用数值模拟技术实现叶轮磨损的可视化预测也是风机磨损研究的发展趋势之一。本文首先介绍了采用数值模拟方法所需要的计算流体力学的理论知识和计算程序,建立了计算所用的叶轮几何模型,在流体计算域中划分了结构性网格,然后讨论了湍流模型的选用,成功地将雷诺应力模型用于叶轮内单向旋转流场的数值计算,计算结果与相关实验文献相一致。与实验结果比较表明,计算结果更精确细致的展现了叶轮通道内的二次流现象。为了完成离心叶轮内气固两相流的模拟和叶片磨损的预测,本文采用了两种处理两相流的基本模型――颗粒轨道模型和多流体模型。在拉格朗日坐标系中,采用颗粒轨道模型计算了四种不同粒径的颗粒运动轨迹,以及叶轮各部分的磨损量;在欧拉坐标系中,采用双流体模型计算不同粒径和不同的入口浓度下,叶轮内的颗粒浓度的分布。同时,基于Malakoff and Grant的磨损率模型,本文成功的预测了不同粒径的颗粒对叶轮的磨损率和磨损位置。通过以上数值计算,分别得到了粒径为0.01mm、0.02mm、0.03mm和0.05mm的颗粒的运动轨迹、在叶轮中的浓度分布以及对叶轮各部分的磨损率;另外在颗粒入口浓度分别为0.01、0.1、0.2的条件下,得到了叶轮中的不同位置的浓度分布。同时,得到了磨损率和浓度分布之间的关系。与已有的实验结果比较表明,验证了数值模拟计算得到的结果的可信性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 叶轮磨损研究的现状与进展  7-10
    1.1.1 磨损机理的研究  7-9
    1.1.2 研究叶轮磨损的实验方法  9
    1.1.3 防磨措施的研究  9-10
    1.1.4 叶轮耐磨研究的发展趋势  10
  1.2 叶轮内部气固两相流数值模拟  10-14
    1.2.1 风机叶轮内部流场数值研究的发展历史  10-11
    1.2.2 基于CFD的叶轮内流计算  11-13
    1.2.3 叶轮内流计算的发展趋势  13-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-15
第二章计算流体力学基础  15-20
  2.1 流体力学基本方程  15
  2.2 偏微分方程的离散化  15-16
  2.3 代数方程的求解  16-17
  2.4 微分方程的网格生成技术  17-20
    2.4.1 网格生成的要求  17-18
    2.4.2 结构和非结构网格的比较  18-20
第三章计算流体力学商用软件CFX简介  20-24
  3.1 商用软件的地位和作用  20
  3.2 CFX系统介绍  20-24
    3.2.1 CFX5.7 软件结构  20-21
    3.2.2 CFX的数值算法和求解技术  21-24
第四章风机叶轮内单相流动的数值模拟  24-32
  4.1 湍流流动的Reynolds时均方程和封闭模型  24-26
    4.1.1 湍流流动的Reynolds时均方程  24-25
    4.1.2 Reynolds应力方程模型  25
    4.1.3 Reynolds应力方程模型的比较和评价  25-26
  4.2 风机叶轮内部单相流场计算  26-28
    4.2.1 叶轮及叶片的几何建模  26-27
    4.2.2 网格划分  27-28
    4.2.3 湍流模型的选取及边界条件的设置  28
    4.2.4 数值离散方法及收敛性  28
  4.3 计算结果分析  28-32
第五章风机叶轮内气固两相流的数值模拟理论基础  32-40
  5.1 湍流两相流的基本守恒方程  32-34
  5.2 研究气固两相流的两种方法――拉格朗日法和欧拉法  34
  5.3 气固两相流的计算模型  34-40
    5.3.1 颗粒轨道模型  35-36
    5.3.2 多流体模型（颗粒相拟流体模型）  36-38
    5.3.3 颗粒轨道模型和多流体模型的应用与评价  38-40
第六章基于磨损模型的叶轮内气固两相流数值模拟  40-44
  6.1 磨损模型和磨损率的计算  40-41
    6.1.1 Finnie的磨损模型  40
    6.1.2 Tabakoff and Grant的磨损模型  40-41
  6.2 气固两相流数值模拟  41-44
    6.2.1 叶轮及叶片的几何建模  41
    6.2.2 网格划分  41
    6.2.3 计算条件的设置  41-42
    6.2.4 采用拉格朗日方法所需要的计算条件  42
    6.2.5 采用欧拉方法所需要的计算条件  42-44
第七章计算结果演示、分析和磨损行为探讨  44-74
  7.1 不同粒径的颗粒在叶轮中运动轨迹的动态演示  44
  7.2 数值模拟结果分析及磨损机理探讨  44-74
    7.2.1 大颗粒数值模拟结果  44-57
    7.2.2 小颗粒数值模拟结果  57-70
    7.2.3 颗粒浓度与磨损率的关系  70-74
第八章国内风机叶轮磨损的实验研究  74-79
  8.1 离心风机叶轮内颗粒运动轨迹的高速摄影研究  74-76
    8.1.1 实验系统的组成  74-76
    8.1.2 实验结果分析  76
  8.2 离心风机叶轮的磨损涂层研究  76-79
    8.2.1 实验装置和方法  76-77
    8.2.2 实验结果  77-79
第九章结论与展望  79-81
  9.1 本文结论  79-80
  9.2 对今后研究的展望  80-81
参考文献  81-85
附录  85-95
致谢  95

离心风机叶轮内气固两相流动及叶片磨损研究

内容摘要

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