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单级离心风机气动性能模拟与实验验证

作　者: 万雷
导　师: 王松
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 离心风机数值模拟实验研究优化设计湍流模型
分类号: TH432
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

离心风机是一种重要的流体机械，是日常生产、生活中必不可少的一种通风设备。如何提高风机效率、扩大其工况范围也是节能减排的重要研究方向之一。本文将通过数值仿真计算的方法，离心风机的气动性能进行模拟和研究，以提高其工作效率，为新型离心风机的研发提供参考。本文主要以9-26-14.5D单级离心风机为研究对象，利用Pro/ENGINEER Wildfire5.0软件进行建模，采用Gambit软件划分网格，使用FLUENT13.0件进行数值仿真计算并与实验测量数值进行对比，找出适合的数值模拟方法。在掌握合理的数值模拟方法基础上，对风机叶片进行优化设计，并对改进后的风机重新进行数值模拟计算和实验验证。利用现有实验平台对离心风机进行性能测试，针对离心风机轴功率无法直接测得的问题，通过测得电机工作电流及电压来间接计算出风机的轴功率，并获得离心风机的工作特性曲线。根据离心风机内部流动情况，对离心风机进行若干工况的数值模拟，较全面的了解离心风机流量改变对其性能参数的影响。以提高离心风机效率为目的对风机叶片进行优化，虽然优化后数值仿真与实验结果仍有一定的偏差，但改进前后的压力、流量、功率等变化趋势相同。对不同离心风机叶轮进口侧盖板的不平整情况进行了数值仿真模拟与分析。当叶轮进口侧盖板有凹陷时，对离心风机性能影响较大，不平整的位置越靠近叶轮出口，风机的效率下降的越多，当不平整位置靠近叶轮进口时，反而有可能使风机的流量与出口压力有一定提升，但效率还是会下降。对于离心风机叶轮进口侧盖板凸出的情况，在位置和不平整情况基本相同时，凸出情况对离心风机性能的影响要远小于凹陷情况。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究的意义  11
  1.2 离心风机内部流场研究方法及发展现状  11-12
    1.2.1 理论分析法  11-12
    1.2.2 实验研究法  12
    1.2.3 数值模拟法  12
  1.3 离心风机简介  12-15
    1.3.1 离心风机基本原理  12-13
    1.3.2 离心风机主要性能参数及计算公式简介  13-14
    1.3.3 离心风机发展过程及现状  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
第2章离心风机气动数值模拟基础  17-24
  2.1 引言  17
  2.2 控制方程  17-19
    2.2.1 质量守恒方程  17
    2.2.2 动量守恒方程  17-19
    2.2.3 能量守恒方程  19
  2.3 湍流模型  19-20
  2.4 网格划分  20
  2.5 压力速度耦合算法及离散方法  20-22
  2.6 旋转坐标系  22
  2.7 本章小结  22-24
第3章离心风机的实验研究  24-29
  3.1 引言  24
  3.2 离心风机参数  24
  3.3 实验方案的确定  24
  3.4 离心风机实验平台简介  24-28
    3.4.1 离心风机实验平台主要部件  24-26
    3.4.2 离心风机平台主要测量仪器  26-27
    3.4.3 离心风机平台整体结构  27-28
  3.5 实验数据整理及结果分析  28
    3.5.1 实验数据整理  28
    3.5.2 数据分析  28
  3.6 本章小结  28-29
第4章离心风机性能数值模拟  29-43
  4.1 引言  29
  4.2 数值模拟方案确定  29-30
    4.2.1 模型建立  29
    4.2.2 网格划分  29-30
    4.2.3 边界条件  30
    4.2.4 旋转部分的设定  30
  4.3 模拟仿真计算结果分析  30-31
  4.4 实际测量风机模型数值仿真  31-33
    4.4.1 数值模拟方案确定  31-32
    4.4.2 测量风机模型计算结果分析  32-33
  4.5 计算结果流场分析  33-42
    4.5.1 速度矢量分析  34-37
    4.5.2 等压线分析  37-42
  4.6 本章小结  42-43
第5章离心风机优化设计  43-49
  5.1 引言  43
  5.2 离心风机优化数值模拟  43-47
    5.2.1 离心风机优化方案确定  43
    5.2.2 数值模拟方案确定  43-44
    5.2.3 模拟仿真结果计算分析  44-45
    5.2.4 优化前与优化后离心风机流场与性能比较  45-47
  5.3 离心风机优化实验研究  47-48
    5.3.1 实验方案确定  47
    5.3.2 实验数据整理及结果分析  47-48
  5.4 本章小结  48-49
第6章叶轮进口端板形状对风机性能影响分析  49-67
  6.1 引言  49
  6.2 数值模拟方案设计  49-50
    6.2.1 模型建立  49
    6.2.2 边界条件  49
    6.2.3 数值模拟方案  49-50
  6.3 数值模拟结果与分析  50-65
    6.3.1 不平整位置不同对风机性能影响计算结果  50-58
    6.3.2 凸出与凹陷两种不平整情况数值计算结果  58-65
  6.4 本章小结  65-67
结论  67-69
参考文献  69-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-73
致谢  73

单级离心风机气动性能模拟与实验验证

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