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地铁用轴流风机的CFD模拟

作　者: 伍晨
导　师: 由世俊
学　校: 天津大学
专　业: 热能工程
关键词: CFD 数值模拟轴流风机分析结果
分类号: TH432.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 247次
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内容摘要

地铁专用轴流风机是地铁车站和隧道区间内通风的主要设备,它具有流量大、功率大和压头高等特点,是地铁空调系统的主要耗能设备,因此它的各项性能指标备受人们关注。地铁轴流风机的设计很大程度上要依赖试验,但是一次试验要消耗很大的人力物力,因此,设计成本相对较高。如果采用数值模拟的方法对地铁轴流风机的流场进行模拟,得出指导性和方向性的结果,可以帮助选择性能最佳的设计方案,具有明显的应用价值和经济效益。本课题利用CFD商用软件Fluent6.1,该软件的计算方法是利用有限体积法,假设定常条件,采用k-ε双方程湍流模型,SIMPLE算法。本课题利用该软件对地铁轴流风机的速度场、压力场以及风机在不同转速和安装角度下的速度场和压力场进行模拟,并着重对出口回流区,压力场,速度场和矢量场等进行讨论,找出模拟结果与试验结果存在的差别之处,然后进行分析。分析结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,尤其是额定工况下的风量和风压,十分的接近,这说明数值模拟的结果是可信的,对设计可以起到指导性的作用。在此基础上通过大量的模拟计算和数据整理分析出风机的叶片数,转速,风帽的形状,以及叶片安装角度等因素对风机性能的影响效果,尤其是当风机在两种或两种以上工况下运行时,通常不能总是处于高效率区的现象作出研究,从而总结出如何使风机在不同工况下运行时总能够保持工作点处于高效率区。由于本次研究处于风机的研发阶段,所以无法与实际的工程运行相联系,而且无法得到具体的管路阻力特性曲线,在这种情况下,只能做出定性的分析。今后具备条件后,可以根据得出的结论进行实际验证与校核,从而可以得出一套较为完善的风机调节方案。本文在风机建模领域有一定的创新,在前人经验的基础上,增加了由面网格生成体网格的方法,不仅减少了网格的总数量,而且增加了模拟数据的真实性,另外,在如何调节欠松弛因子方面颇有心得,可以为以后的模拟提供一定的借鉴。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 课题的背景和意义  7
  1.2 计算流体力学概述  7-8
  1.3 FLUENT计算软件简介  8-9
  1.4 对流体进行数值模拟的工作步骤  9-10
  1.5 本课题要完成的主要工作  10-11
第二章风机模型的建立及数值模拟  11-27
  2.1 物理模型的建立  11-12
    2.1.1 风机结构的基本参数  11
    2.1.2 利用GAMBIT软件建立模型  11-12
  2.2 数学模型的建立  12-16
    2.2.1 控制方程  12-15
    2.2.2 边界条件的设置  15-16
  2.3 数学模拟计算方法  16-20
    2.3.1 分离解方法  16-17
    2.3.2 耦合解方法  17-18
    2.3.3 线化：隐式和显式的比较  18-19
    2.3.4 一阶迎风格式与二阶迎风格式的比较  19-20
  2.4 旋转模型的选择  20-21
  2.5 网格的划分  21-26
    2.5.1 网格的类型  22-24
    2.5.2 网格划分的基本原则  24-25
    2.5.3 本课题的网格划分  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章轴流风机基本理论  27-34
  3.1 概述  27-28
  3.2 轴流风机主要性能参数  28-30
    3.2.1 速度三角形  28
    3.2.2 风机主要参数  28-30
  3.3 影响风机性能的主要参数  30-34
第四章模拟结果的真实性检验  34-46
  4.1 轴流风机特性曲线  34-37
    4.1.1 理论轴流风机特性曲线  34-35
    4.1.2 模拟结果的轴流风机特性曲线  35-37
  4.2 模拟结果的轴流风机主要性能效果图  37-41
    4.2.1 速度矢量图  38-39
    4.2.2 压力分布图  39-41
  4.3 模拟结果与实验值的比较  41-44
  4.4 本章小结  44-46
第五章模拟结果及分析  46-64
  5.1 转速对轴流通风机性能的影响  46-49
  5.2 风机叶片数对风机性能的影响  49-52
  5.3 风帽的形状对风机性能的影响  52-55
  5.4 叶片安装角度对风机性能的影响  55-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章结论与展望  64-66
  6.1 结论  64-65
  6.2 前景展望  65-66
参考文献  66-69
发表论文和科研情况说明  69-70
致谢  70

地铁用轴流风机的CFD模拟

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