基于CFD数值模拟的轴流风机性能分析

摘要

轴流式通风机是一种重要的叶轮机械，在工业生产中有着大量的应用。同时，轴流风机也是工业生产中主要的耗电设备之一。国内风机厂商对轴流风机的设计研发通常以实验为主要手段，通过大量的实验数据对比从而得到较好的优化结果。在实验优化的过程中，经常伴随着如新产品开发周期过长、人力影响因素过大等诸多不利因素，而且由于成本原因，对于风机叶片本身结构所引起的性能变化研究较少。因此，利用先进的数值模拟方法对轴流风机进行仿真分析不仅可以减少一部分对人力财力的消耗，还可以大大缩短新产品开发周期。
　　本文利用Gridgen与CFX等数值仿真软件，以增大本文研究对象静压及静压效率为目标，对浙江省某通风设备公司的单级轴流风机进行模拟。
　　首先介绍了轴流风机的实验研究方法。在介绍轴流风机的工作原理及本文研究对象的基本参数的基础上，借助公司所有的通风机实验平台对轴流风机进行实验研究，并处理所获得的实验数据，得到在实验条件下的轴流风机性能曲线。
　　第三章主要介绍轴流风机的数值模拟研究。首先介绍了数值模拟的基本原理、守恒方程、湍流模型及网格的生成技术。然后利用Solidworks和Gridgen建立轴流风机实体模型及网格，并利用CFX设置相应的实验条件后求解。
　　第四章是对数值模拟结果的分析和探讨。首先将数值模拟结果与原有实验结果对比，得出适合此次模拟的SST湍流模型。而后根据其静压-流量曲线及静压效率-流量曲线分析其产生性能变化的原因，通过风机内部静压云图及速度云图加以验证。
　　最后分析了轴流风机叶片结构及叶顶间隙变化对其性能的影响。在不改变叶片安装角的基础上，分别模拟叶片上弦差为45mm、50mm、55mm、60mm的情况，得出增大叶片上弦差可以改善轴流风机性能的结论。通过对比叶顶间隙δ为3mm、5mm、7mm的情况，得到减小叶顶间隙后轴流风机不仅具有更高的静压值，也具有更高的静压效率。经对比后，选择上弦差为60mm、叶顶间隙δ为3mm的优化方案，优化后在额定工况下（7.179kg/s）整体静压提升60.4Pa，静压效率提高2.1个百分点。
　　第六章进行了全文总结和工作展望。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 CFD技术的发展现状

1.3轴流风机研究方法

1.4本文主要工作

第二章 轴流风机的实验研究

2.1引言

2.2轴流风机基本结构及工作原理

2.3实验对象基本结构参数

2.4风机性能测试实验方案

2.5实验平台简介

2.6 实验数据整理及结果分析

2.7本章小结

第三章 轴流风机数值模拟及网格生成

3.1 CFD控制方程

3.2湍流模型

3.3网格生成技术

3.4轴流风机三维建模及网格生成

3.5本章小结

第四章 CFX数值模拟及结果分析

4.1 CFX数值模拟

4.2模拟结果与实验结果对比

4.3设计工况的流动分析

4.4同工况下轴流风机静压与速度分析

4.5本章小结

第五章 叶片结构对轴流风机性能影响

5.1叶片上弦差对轴流风机性能的影响

5.2叶顶间隙对轴流风机性能影响

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录