离心鼓风机内部流动的数值模拟研究

摘要

由进气室一集流器-叶轮-蜗壳等部件组成的离心鼓风机通道内的流动过程非常复杂，近年来随着数值计算方法及计算机的发展，三维粘性计算流体动力学软件被应用于叶轮机械内部的流动分析。对离心叶轮内部的复杂流动进行数值模拟，并与实验结合，考察其流动规律、明确其内部的流动现象已成为主要的研究手段之一。 本文应用三维粘性计算流体动力学软件中的SIMPLEC算法，并在鼓风机内动静耦合区域采用多重参考系法、在近壁面区采用壁面函数法，对一叶轮外径为1米的离心式鼓风机在不同工况条件下进行了整机三维湍流流动的数值模拟。 详细分析了离心鼓风机各部件如叶轮与蜗壳、进气室、集流器内的速度、压力和温度分布规律，得出结论，并分析了影响离心鼓风机效率的原因。针对数值模拟分析的结果，提出了相应的改进措施，以达到改善离心鼓风机内部流动，提高鼓风机的效率、扩大运行工况范围的目的。 本文重点对蜗壳型线进行了改进，详细分析了改进后蜗壳和叶轮内的速度和压力分布情况，并与改进前进行了比较。得出改进蜗壳型线后，叶轮内部的流动情况和压力分布较改进前有所改善，蜗壳360度处的压力分布比改进前分布更合理。 蜗壳型线改进前计算结果与相同工况范围条件下实验结果相比较，误差小于5％，验证了数值模拟的可信度。蜗壳型线改进后可以使离心鼓风机整机总压平均提高400Pa，效率提高2％，计算结果为离心鼓风机的设计、改进和优化提供了重要的数值参考。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1离心叶轮机械内部流动研究现状及发展

1.2离心叶轮机械内部流动的物理模型和数值解法

1.3常见CFD计算软件简介

1.4本文的主要工作

第二章离心鼓风机内部流动数值模拟方法

2.1湍流基本方程

2.2 K-ε模型

2.3壁面函数法

2.4方程的离散

2.5压力修正方程

2.6计算中判断收敛的标准

第三章离心鼓风机几何建模与边界处理

3.1鼓风机主要性能参数

3.2计算物理模型

3.3网格生成

3.4边界条件

3.5初始条件

3.6非一致网格交界面

第四章计算结果及分析

4.1离心鼓风机内部流场特性分析

4.2蜗壳型线改进后鼓风机内部流场特性分析

第五章实验测量与特性比较

5.1实验装置

5.2测量系统与仪器

5.3实验与计算结果特性比较

5.4蜗壳型线改进前后计算特性比较

第六章结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢