隧道用轴流风机性能模拟研究

摘要

隧道用轴流风机是矿井和隧道区间内通风的主要设备,其流量、压力和效率等性能评价指标十分重要.轴流风机的设计很大程度上依赖于试验和设计人员的经验,大型隧道轴流风机试验往往耗费很大的人力和物力,因此设计成本很高. 如果用计算机数值模拟的方法对轴流风机内部流场进行模拟,得出指导性和方向性的结果,将有助于最佳设计方案的选择,具有明显的实用价值和经济效益. 本课题在前处理软件GAMBIT中建立风机模型,然后采用CFD商用Fluent6.0软件对模型进行计算.采用标准k-ε双方程模型,分离隐式求解法、SIMPLE算法对直径为2.6m的大型隧道轴流风机的内部流场进行了模拟.在对模型进行网格划分时,布置合适的网格十分重要.网格尺寸过大,细小面的存在会对网格的生成和计算的收敛产生一定的影响；网格尺寸过小,计算时间又会增加.因此需要对模型作合理的简化,这些都需要虚拟设计人员在模拟过程中不断的总结经验. 本课题采用数值模拟的方法对样机进行了计算,又通过改变叶片安装角度、风机的径向间隙和整流体形状,分析比较风机参数改变后的内部流场,最终找出安装角度、径向间隙和整流体形状对风机性能的影响. 本论文在风机的建模和简化,以及网格的生成等方面进行了一定的探索,希望可以对今后的大型隧道轴流风机的模拟起到借鉴的作用.

目录

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第一章绪论

1.1计算流体力学概述

1.2 CFD的应用概况

1.3 CFD工作流程

1.3.1建立控制方程

1.3.2确定边界条件与初始条件

1.3.3划分计算网格

1.3.4建立离散方程

1.3.5离散初始条件和边界条件

1.3.6给定求解控制参数

1.3.7求解离散方程

1.3.8判断解得收敛性

1.3.9显示和输出结果

1.4 CFD的发展及其在通风机设计中的应用

1.4.1 CFD的发展

1.4.2 CFD在通风机设计中的应用

1.5本课题主要工作及其意义

第二章轴流通风机基本理论

2.1轴流式通风机的工作原理和构造

2.2通风机的主要参数

2.3影响通风机性能的主要因素

第三章隧道用轴流通风机数值模型的建立及求解方法

3.1物理模型

3.1.1物理模型建立依据

3.1.2物理模型的建立

3.2数学模型

3.2.1控制方程

3.2.2湍流流动与换热的数值模拟方法

3.3边界条件的设定

3.3.1边界条件的类型

3.3.2本课题边界条件的设定

3.4模型的数值求解

3.4.1常用的数值模拟方法

3.4.2流场数值计算的主要方法

3.4.3 FLUENT软件简介

3.4.4网格的生成

3.4.5旋转模型的选择

3.4.6计算采用的离散方法和相关设置

第四章隧道用轴流通风机数值模拟研究

4.1径向间隙对风机性能的影响

4.2整流体对风机性能的影响

4.3安装角度对风机性能的影响

第五章结论及展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢