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罗茨鼓风机性能优化和内部流场的数值研究

作　者: 张顾钟
导　师: 王发展
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 罗茨鼓风机数值模拟转子型线逆流冷却渐扩缝隙气体动力性噪声
分类号: TH444
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

罗茨鼓风机是在国民经济领域应用十分广泛的一种重要的工业设备。随着经济的高速发展,市场对罗茨鼓风机的需求量不断增加,同时也对罗茨鼓风机的性能提出了更高的要求,因此研究如何进一步提高罗茨鼓风机的性能对推进罗茨鼓风机的发展和拓宽其应用领域具有非常重要的意义。为了进一步改善罗茨鼓风机的性能和深入了解罗茨鼓风机内部流动的实际状况,本论文针对上述问题进行了一定的探讨和分析,总结出一些分析方法和实用性的结论,研究结果对提高罗茨鼓风机的容积效率、减小罗茨鼓风机的噪声和降低罗茨鼓风机的排气温度等具有一定的参考价值。本论文研究的主要内容为:罗茨鼓风机转子型线和机壳结构的设计;罗茨鼓风机的气流脉动分析;罗茨鼓风机内部流场的数值分析方法;转子型线对罗茨鼓风机性能影响的研究;渐扩缝隙罗茨鼓风机内部流场的数值分析;逆流冷却罗茨鼓风机的性能分析。本论文取得的主要结果如下:1.以CFD软件FLUENT为工具,采用RNG k-ε湍流模型和PISO算法,对罗茨鼓风机内部气流流场进行了可压缩非定常流动的数值模拟,数值模拟与理论分析的对比结果验证了本论文所讨论的数值分析方法具有良好的准确度和可靠性。结果表明:基于动网格技术的风机内部流场的动态数值模拟,能较真实地反映风机内部湍流流动的流场分布和气流脉动的特征规律,这种方法可为罗茨鼓风机内部气流的特性分析提供有价值的参考。2.为了探讨转子型线对罗茨鼓风机性能的影响,选取相同设计参数的三叶圆弧型和渐开线型转子型线的罗茨鼓风机为研究对象,采用理论分析和数值分析相结合的方法,对比分析了两转子型线各自的优缺点。结果表明:转子型线对罗茨鼓风机性能的影响起着重要作用,圆弧型转子型线齿顶密封性能较差,面积利用系数低,理论流量和容积效率不如渐开线型转子型线,但其却具有噪声低的优点。3.利用FLUENT软件对带渐扩缝隙预进气结构机壳的罗茨鼓风机内部流场进行了可压缩非定常流动的数值模拟,其较真实地反映了带渐扩缝隙预进气结构机壳的罗茨鼓风机内部湍流流动的流场分布和气流脉动的特征规律。计算结果表明:渐扩缝隙这种壳体结构的优化设计确实能够削弱甚至避免排气口处高压气体的急剧回流,降低排气过程中的气体动力性噪声。4.为了研究逆流冷却技术对罗茨鼓风机性能的影响,采用理论分析和数值分析相结合的方法,分析了逆流冷却罗茨鼓风机的特点。数值分析基于FLUENT软件,采用动网格方法对三叶圆弧线型的逆流冷却罗茨鼓风机内部流场进行了可压缩非定常流动的数值模拟。分析结果表明:逆流冷却技术对罗茨鼓风机性能的改善起到了重要作用,它不仅可以降低罗茨鼓风机的排气温度,提升罗茨鼓风机的排气压力,而且能够削弱甚至避免排气口处高压气体的急剧回流,降低排气过程中的气体动力性噪声。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 概述  9-13
    1.1.1 罗茨鼓风机概述  9-11
    1.1.2 计算流体动力学概述  11-13
  1.2 本课题研究的背景和意义  13-14
  1.3 本论文的主要研究工作  14-15
2 罗茨鼓风机转子型线和机壳结构的设计  15-28
  2.1 转子型线的设计  15-22
    2.1.1 圆弧线叶型的设计  16-18
    2.1.2 渐开线叶型的设计  18-22
  2.2 机壳结构的设计  22-27
    2.2.1 带渐扩缝隙预进气结构的机壳  23-25
    2.2.2 带逆流冷却预进气结构的机壳  25-27
  2.3 本章小结  27-28
3 罗茨鼓风机的气流脉动分析  28-35
  3.1 理论流量与进气流量脉动  28-30
  3.2 混合区压力脉动  30-32
  3.3 回流流量脉动  32
  3.4 排气流量脉动  32-34
  3.5 本章小结  34-35
4 罗茨鼓风机内部流场的数值分析方法  35-41
  4.1 数值计算方法  35-36
  4.2 计算模型建立和网格生成方法  36-39
    4.2.1 计算模型建立  36-37
    4.2.2 网格生成方法  37-39
  4.3 数值模拟与理论分析结果对比  39-40
  4.4 本章小结  40-41
5 转子型线对罗茨鼓风机性能影响的研究  41-49
  5.1 理论推理分析  41-43
  5.2 数值模拟分析  43-48
    5.2.1 计算方法  43-44
    5.2.2 计算结果分析  44-48
  5.3 本章小结  48-49
6 渐扩缝隙罗茨鼓风机内部流场的数值分析  49-56
  6.1 计算模型和计算方法  49-51
    6.1.1 计算模型  49-50
    6.1.2 计算方法  50-51
  6.2 计算结果分析  51-55
  6.3 本章小结  55-56
7 逆流冷却罗茨鼓风机的性能分析  56-63
  7.1 理论分析  56-58
    7.1.1 排气温度  56-57
    7.1.2 内泄漏流量  57
    7.1.3 轴功率  57-58
  7.2 数值分析  58-62
  7.3 本章小结  62-63
8 总结与展望  63-66
  8.1 结论  63-64
  8.2 展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录：硕士研究生期间发表的论文  71

罗茨鼓风机性能优化和内部流场的数值研究

内容摘要

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