射雾器射流风机内流场数值模拟及设计方法研究

摘要

随着我国工业和城市建设的不断发展，空气污染状况不断加剧，国内北方各大城市均出现了一定程度的雾霾天气，极大地影响了人们的身心健康，为了治理雾霾，多功能抑尘车应运而生，目前关于多功能抑尘车的核心部件射雾器射流风机的内部流动及气动噪声的研究尚未开展，同时射雾器的产品开发过程仍然是直接移植普通轴流风机的设计过程，缺乏相应理论依据，因此针对目前射雾器射流风机领域存在的问题，本文对射雾器射流风机展开了相关的研究，从现有射雾器射流风机入手，主要完成的研究内容有以下几个方面： 1) 确定了射雾器所用风机的类型归属与设计计算方法，并对其工作原理进行探索； 2) 建立了现有射雾器射流风机的三维模型和内部流场网格模型，设定合理的边界条件与求解器参数，对风机的内部流场进行定常流动数值模拟，并验证了仿真模型的正确性； 3) 对风机内部流场的物理特性进行了分析，并利用大量的模拟试验探究了叶片安装角对风机性能的影响，结果表明：射雾器所用风机的性能曲线与射流风机相似，而与普通轴流风机有一定的差别，且叶片安装角在35°~40°之间风机的性能最优； 4) 以定常流动数值模拟的结果为基础，引入LES大涡数值模拟完成了风机内部流场的非定常数值模拟，探究了风机内部流场随时间的变化规律，得到了风机动-静干涉面压力脉动的特点； 5) 在定常流场的基础上利用宽频噪声模型得到了风机内部各部件的声功率分布情况，在非定常数值模拟的基础上引入FW-H气动噪声预测模型对风机的气动噪声进行预测； 6) 以现有射雾器的设计参数为基础，确定了优化后的射雾器射流风机的主要设计参数，进而对风机进行气动设计，得到了风机的主要结构参数。

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第一章 绪　论

1.1.2 射雾器及风机简介

1.1.3 计算流体力学 (CFD) 和计算气动声学 (CAA)

1.2 国内外研究现状

1.2.1 轴流风机国内外研究现状

1.2.2 射雾器国内外研究现状

1.3 本文主要内容与结构

第二章 风机流场定常流动的数值模拟

2.1.2 计算域网格划分

2.2 流场计算理论

2.2.2 流场数值计算方法

2.2.3 湍流数值模拟方法

2.3 边界条件及求解器设置

2.4 模型正确性验证

2.4.2 数值模拟结果验证

2.5.1 风机整体压力场特性

2.5.2 风机叶轮径向内流特性

2.5.3 风机叶轮轴向内流特性

2.6 叶片安装角对风机性能的影响

2.6.1 叶片安装角对出口速度的影响

2.6.2 叶片安装角对性能曲线的影响

2.7 本章小结

第三章 风机流场非定常流动数值模拟及气动噪声研究

3.1.1 干涉面速度场和涡量场

3.1.2 叶顶涡量场

3.1.3 叶片表面压力系数分布

3.1.4 干涉面径向压力脉动分布

3.2 气动噪声理论研究

3.2.1 气动噪声预测理论

3.2.2 风机噪声理论

3.3.1 宽频噪声分布

3.3.2 气动噪声分布

3.4 射雾器射流风机噪声试验研究

3.5 射雾器射流风机降噪方法初步研究

3.6 本章小结

第四章 射雾器射流风机主体部分气动设计

4.1 设计参数的确定

4.2 主要结构参数的设计计算

4.2.2 确定叶轮轮毂直径

4.2.3 叶根空气动力负荷因子和叶栅稠度的计算

4.3 叶轮叶片的气动设计

4.3.2 具体参数的设计计算

4.3.3 叶轮叶片的绘制

4.4 导叶的空气动力设计

4.5 集流器、整流罩及扩散筒的设计

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致　谢