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高效低噪声离心式通风机的数值模拟与优化设计

作　者: 李俊
导　师: 于慎波
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 离心式通风机数值模拟优化设计高效低噪声
分类号: TH432
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

离心式通风机是一种通用的叶轮机械,因其体积小和压力系数高被广泛应用于引流工程。本文采用数值模拟分析的方法,对离心通风机三维流场进行了模拟,分析研究了风机内部流动情况。首先建立离心式通风机三维模型,把叶轮流域设为转动区域,把进风口和蜗壳设为静止区域。采用非结构化网格对其分网;采用有限体积法对偏微分方程组进行离散;在三维时均N ? S方程和标准k ?ε两方程湍流涡粘模型的基础上,采用SIMPLE算法,对离心式通风机内部整机流场进行数值模拟,通过分析风机内部流动情况,确定了湍流强度大、噪声高的两个部位:叶轮进口和蜗舌处;同时还捕捉到了叶道内二次流、叶道出口的射流和尾迹和蜗壳内的涡流等现象。其次,分析研究了强湍流部位:叶轮进口和蜗舌。进风口匹配与否是影响叶片入口处气流速度分布和涡流噪声的主要因素,而影响进风口形状的主要参数是张开角的大小。本文建立了进风口张开角和叶片入口处气流速度之间的关系模型,通过对比不同进口张开角下叶片入口处气流速度方差,确定了与本风机最匹配的进口张开角为14°;蜗舌相对间隙δr2是影响风机有调噪声的主要因素,本文通过对比分析不同相对间隙下蜗舌处等声线的变化,确定了最佳蜗舌相对间隙为12 %。根据数值模拟结果,设计制造出了一台风机,对它进行了性能和噪声试验。实验验证了数值模拟结果是准确可信的,且该风机性能优良,噪声低。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 本文的研究背景和意义  10-11
  1.2 离心式通风机噪声产生的机理  11-12
  1.3 离心式通风机的国内外研究现状  12-16
    1.3.1 离心式通风机内部流场研究方法的发展  12-13
    1.3.2 离心式通风机数值模拟研究的发展  13-16
  1.4 本文的研究方法和研究内容  16-17
第二章流场数值模拟的基本理论  17-30
  2.1 流动控制方程  17-18
  2.2 湍流的数值模拟方法  18-23
    2.2.1 直接数值模拟方法  18-19
    2.2.2 大涡数值模拟方法  19
    2.2.3 雷诺时均数值模拟方法  19-20
    2.2.4 湍流涡粘模型  20-23
  2.3 数值模拟中的离散方法  23-25
    2.3.1 有限差分方法  23
    2.3.2 有限元方法  23-24
    2.3.3 有限体积法  24-25
  2.4 离心式通风机的网格划分  25-30
    2.4.1 网格的类型  25-27
    2.4.2 网格类型的选择依据  27-29
    2.4.3 网格质量的检查  29-30
第三章离心式通风机的前处理与流动分析  30-46
  3.1 离心式通风机的前处理  30-33
    3.1.1 离心式通风机的建模  30-32
    3.1.2 离心式通风机的网格划分  32-33
    3.1.3 离心式通风机边界条件的设定  33
  3.2 离心式通风机内部流动的分析  33-46
    3.2.1 离心式通风机湍流强度的分析  35-36
    3.2.2 离心式通风机整机内部流动的分析  36-40
    3.2.3 离心式通风机叶轮内部流动的分析  40-46
第四章不同设计参数对风机噪声和性能的影响分析  46-55
  4.1 不同进风口对流场影响的对比分析  46-50
    4.1.1 不同进风口对速度影响的对比分析  48-49
    4.1.2 不同进风口对风机性能的对比分析  49-50
  4.2 不同蜗舌相对间隙对流场影响的对比分析  50-55
第五章离心式通风机性能及噪声实验  55-62
  5.1 试验设备及器材  55-58
  5.2 试验的步骤和方法  58
  5.3 离心式通风机性能的实验结果与数值模拟结果的对比分析  58-59
  5.4 离心式通风机噪声试验及结果分析  59-62
第六章结论  62-64
参考文献  64-66
在学研究成果  66-67
致谢  67

高效低噪声离心式通风机的数值模拟与优化设计

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