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基于虚拟现实技术离心泵内部流场的数值模拟与测试研究

作　者: 龙志军
导　师: 裴毅
学　校: 湖南农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 离心泵虚拟技术有限元数值模拟测试研究
分类号: TH311
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 169次
引　用: 3次
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内容摘要

传统的基于半经验半理论的离心泵的设计和研制开发,费用高、周期长。虚拟现实技术是计算机动画技术、计算机视觉、人工智能、多媒体技术、模式识别、自动控制、传感技术的综合运用。利用虚拟技术开发新产品费用低、周期短。随着计算机图形学、可视化技术、软件工程、硬件设计及控制工程的迅速发展,虚拟现实技术的应用于离心泵的设计与模拟也越来越受到广泛地关注。本文将虚拟现实技术的应用于离心泵的设计与模拟共进行了四个方面的研究。第一、二章通过介绍虚拟现实技术的概念、特征、分类以及使用的计算机平台外围设备、应用软件,对虚拟对象的建模方法,虚拟现实系统的结构和设计方法进行了研究。结合虚拟现实技术的发展状况,对虚拟现实的关键技术及其在离心泵中的应用进行了研究。对虚拟现实建模方法和虚拟环境建立作了深入分析。并用Pro/E建立了离心泵的叶轮、蜗壳和整机的虚拟样机模型。第三章研究了叶轮内部流场计算方法及数据处理和发展趋势,通过对叶片边界层和控制方程的研究,提出了确定边界的条件,建立了叶片边界层微分方程。第四章研究了国内外有限元软件的研究现状,并应用ANSYS/FLOTRAN模块以用鼠标和键盘作为输入设备,显示器作为输出设备对离心泵三种工况进行了数值模拟,得到了三种工况下的图形求解跟踪图(GST)、流速和压力的分布图。第五、六章利用五孔球形测针对蜗壳内部的三维流场进行了试验,并将试验结果与蜗壳的数值模拟结果进行了比较分析,提出了改进办法,对探讨影响离心泵效率的原因及为改进离心泵的叶轮和蜗壳设计,提高离心泵的效率,扩大其运行工况范围,提供了重要的理论依据。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题的提出  9
  1.2 本文研究的目的和意义  9-10
    1.2.1 目前离心泵及泵站存在的问题  9-10
    1.2.2 目前的解决办法  10
    1.2.2 目的和意义  10
  1.3 虚拟现实的概念及基本特征  10-12
    1.3.1 虚拟现实的概念  10-11
    1.3.2 虚拟现实的基本特征  11-12
  1.4 虚拟现实技术的主要研究内容及其优点  12-14
    1.4.1 虚拟现实技术的主要研究内容  13
    1.4.2 虚拟现实技术的优点  13-14
  1.5 虚拟现实技术的研究现状及发展方向  14-16
    1.5.1 虚拟现实技术的研究现状  14-15
    1.5.2 虚拟现实技术的发展方向  15-16
  1.6 虚拟现实技术的软、硬件平台和外围设备  16-17
    1.6.1 虚拟现实技术的硬件平台  16
    1.6.2 虚拟现实技术的软件平台及图形库  16-17
    1.6.3 虚拟现实技术的外围设备  17
  1.7 虚拟现实技术的应用  17-18
  1.8 本文研究的主要内容  18-19
第二章离心泵虚拟样机参数化特征建模的研究  19-27
  2.1 VR三维建模技术综述  19
  2.2 叶片的三维实体建模  19-22
    2.2.1 叶片的水力设计  20-21
    2.2.2 叶片的三维建模  21-22
  2.3 叶轮的三维建模  22-26
    2.3.1 叶轮结构设计  22-23
    2.3.2 叶轮强度计算  23-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章叶轮内部流场计算方法及边界层方程的确定  27-36
  3.1 离心泵叶轮内流计算方法综述  27-28
  3.2 控制方程  28-30
  3.3 离心泵叶片边界层方程  30-35
    3.3.1 叶片边界层微分方程的建立  31-34
      3.3.1.1 边界层动量方程  31-33
      3.3.1.2 边界条件的确定  33-34
    3.3.2 边界层动量积分方程  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章离心泵叶轮内部紊流流场的有限元数字模拟  36-53
  4.1 有限元法  36-38
    4.1.1 有限元法概述  36-38
  4.2 CAD模型输入Ansys  38-40
    4.2.1 AutoCAD模型输入Ansys及优缺点  38-39
    4.2.2 Pro／E和ANSYS的连接作过程  39-40
  4.3 数值模拟处理  40-51
    4.3.1 计算区域的确定及网格组成  40-41
    4.3.2 计算采用的理想化模型  41-42
    4.3.3 边界条件  42-43
    4.3.4 计算过程中所采用的具体方法及收敛判定  43-44
    4.3.5 离心式水泵级内定常流动数值模拟分析  44-45
    4.3.6 不同工况下离心式水泵级内定常流动分析  45-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章离心泵蜗壳内部流场的数值模拟与试验研究  53-62
  5.1 蜗壳内部流场数值模拟概述  53
  5.2 蜗壳内部流场的数值模拟  53-56
    5.2.1 压水室工作原理及设计方法  53-54
    5.2.3 控制方程  54-55
    5.2.3 数值模拟  55-56
  5.3 蜗壳内部流场的试验研究  56-61
    5.3.1 测量用泵及仪器设备  57-58
    5.3.2 流场测量方法  58
    5.3.3 流场测量结果  58-59
    5.3.4 模拟结果与试验结果对比分析  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章结论与展望  62-64
  6.1 本文结论  62-63
  6.2 本文存在的不足与展望  63-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
作者简介  70
在读期间发表的论文及科研成果  70

基于虚拟现实技术离心泵内部流场的数值模拟与测试研究

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