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基于CFD方法的轴流式风力灭火机叶轮性能模拟研究

作　者: 方墨
导　师: 俞国胜
学　校: 北京林业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 轴流式风力灭火机叶轮计算流体动力学
分类号: S776
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 66次
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内容摘要

本论文通过Sol idworks软件对轴流式风机叶轮进行叶片实体建模,运用计算流体动力学软件,采用k-epsilon湍流模型计算湍流粘性,运用SIMPLE算法实现压力速度耦合求解对轴流式风力灭火机的流场进行模拟并做出分析。在对设计的叶片振动模态模拟仿真的基础上,对叶片的自振频率进行了分析,为风机的整体设计方案提供了依据。通过将模拟结果与风机试验台的试验数据作了对比,两者具有较好的吻合程度,尤其是额定工况下的全压,静压和效率值数据,非常接近,这说明数值模拟的结果是可信的,对今后系列设计和改进设计可以起到指导性的作用。在此基础上,综合考虑叶片损失和升阻比对叶片最佳性能的影响,本论文还针对叶轮在不同的扭角和安装角条件下的流场进行模拟计算,通过对风机流场和风机效率等的分析,得出了扭角和安装角对风机性能的影响规律。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 引言  7-11
  1.1 研究的目的和意义  7
  1.2 国内外研究现状  7-9
  1.3 风力灭火机发展趋势和改进方案  9-10
  1.4 本论文的主要工作  10-11
2 轴流风机叶轮,流体力学相关原理及软件应用介绍  11-25
  2.1 轴流风机特性  11-13
    2.1.1 变工况工作时经济性好  11
    2.1.2 体积小、重量轻、启动力矩小  11-12
    2.1.3 噪声高  12-13
  2.2 CFD技术概述  13-16
    2.2.1 CFD技术介绍及应用价值  13
    2.2.2 FLUENT软件介绍  13-16
  2.3 流体力学基本概念及原理  16-23
    2.3.1 流体力学基本方程组  16-19
    2.3.2 流体的粘性和压缩性  19-20
    2.3.3 流体流动的描述  20
      2.3.3.1 定常流动与非定常流动  20
      2.3.3.2 流线与迹线  20
      2.3.3.3 外部流动与内部流动  20
    2.3.4 边界层与物体阻力  20-23
      2.3.4.1 边界层及基本特征  20-21
      2.3.4.2 层流边界层微分方程  21
      2.3.4.3 边界层动量积分关系式  21-22
      2.3.4.4 物体阻力  22-23
  2.4 本章小结  23-25
3 轴流风机相关理论和¨叶轮建模模态分析  25-37
  3.1 流体风机相关理论  25-30
    3.1.1 平面直列叶栅  25-26
    3.1.2 速度三角形  26-28
      3.1.2.1 进口速度三角形  26-28
      3.1.2.2 出口速度三角形  28
    3.1.3 轴流式风机的升力理论  28-30
  3.2 风机叶轮建模  30-31
  3.3 有限元模态分析  31-37
    3.3.1 叶轮有限元建模与网格划分  31-32
    3.3.2 叶轮有限元分析结果  32-37
4 风机试验台试验  37-43
  4.1 风机试验台项目及条件  37
    4.1.1 试验用仪器  37
    4.1.2 标定工况  37
  4.2 风机性能试验  37-40
    4.2.1 试验目的  37-38
    4.2.2 标准进气状态  38
    4.2.3 试验装置  38
    4.2.4 参数测定及计算  38-40
  4.3 风机试验台完整风机性能试验及数据  40-41
  4.4 本章小结  41-43
5 风机叶轮几何建模及空气动力性能数值模拟  43-59
  5.1 风机试验台建模  43
  5.2 网格划分  43-46
    5.2.1 网格划分类型  43-45
    5.2.2 网格划分基本原则  45-46
    5.2.3 模型网格划分  46
  5.3 数学算法和计算模型的选取  46-48
  5.4 边界条件没置  48
  5.5 求解参数设置  48-49
  5.6 计算结果及分析  49-57
    5.6.1 整机气动性能分析  53-54
    5.6.2 内部流场分析  54-57
  5.7 叶轮噪声情况模拟  57-58
  5.8 本章小结  58-59
6 叶片改进设计的研究  59-67
  6.1 不同安装角和扭角下叶轮气动性能分析  59-60
  6.2 改进后风机内部流场分析  60-62
  6.3 改进后风机叶轮模态分析  62-66
  6.4 本章小结  66-67
7 结论与展望  67-69
  7.1 本文的主要结论与创新点  67
  7.2 研究展望  67-69
参考文献  69-73
个人简介  73-74
导师简介  74-75
在读硕士期间发表的论文  75-76
致谢  76

基于CFD方法的轴流式风力灭火机叶轮性能模拟研究

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