增加导流槽结构对轴流叶轮驱动力矩的影响研究

摘要

作为当代最重要能源利用装置的叶轮机械，被广泛地运用在电力能源，军工，交通运输，三航等重要领域。　　叶轮机械的研究主要分为能源利用效率研究和结构可行性研究两类。归功于高强度新型材料不断地被研发出来以及先进制造技术的大力发展，如今制造叶轮机械材料的强度、刚度、抗振性等机械性能大幅度提高，同时也允许我们更精细地改进叶轮机械结构来提高其能源利用率，创造更大的经济价值和社会价值。　　本文主要是一篇探索性质的文章，其研究目的在于分析导流槽结构对轴流叶轮驱动力矩的影响。因此本文的研究工作是以叶轮机械的核心部件叶轮转子叶片作为主要研究对象。本文以轴流水轮机为例，分析其工况条件下转子叶片增开导流槽结构对驱动力矩的影响。　　本文研究路线：用动量守恒方程推导出叶轮机械转子叶片驱动力矩的理论解；选用最常见的一类轴流式水轮机转子进行实体尺寸测量；利用CATIA软件将所测数据建立三维实体模型；利用ANSA软件对模型划分流体网格等相关CFD前处理操作；利用FLUENT软件中带旋修正的k?e模型进行数值求解并利用连续性方程、伯努力方程以及动量守恒方程验证数值解的正确性；在之前转子模型上增加不同导流槽结构后再次进行仿真，通过比对分析出一种导流槽结构能够增加叶轮转子驱动力矩；最后通过实验验证仿真结果的正确性。　　本文不仅为后续轴流叶轮机械增加导流槽结构的最优化研究提供了合理的参考依据，同时也为后续轴流叶轮机械增加导流槽结构的详细机械性能分析提供了必要条件。本文的研究结论普遍适用于各种轴流叶轮机械。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 叶轮机械效率影响因素的研究现状

1.3 导流槽结构轴流叶轮机械的研究现状

1.4 本文研究目的、研究内容及技术路线

1.5 本章小结

第2章 导流槽结构轴流叶轮动力机械驱动力矩理论计算

2.1 轴流叶轮动力机械工作原理

2.2 导流槽结构轴流叶轮动力机械流体力学模型假设条件

2.3 导流槽结构轴流叶轮动力机械驱动力矩计算推导思路

2.4 导流槽结构轴流叶轮动力机械驱动力矩公式推导

2.5 导流槽结构叶轮转子表面流体速度场和矢量半径数值计算

2.6 本章小结

第3章 叶轮转子模型的建立

3.1 叶轮转子基本尺寸测量实验

3.2 叶轮转子三维实体模型建立

3.3 叶轮转子模型流体网格划分

3.4 本章小结

第4章 叶轮转子驱动力矩仿真计算

4.1 FLUENT流体仿真软件介绍

4.2 利用FLUENT设置叶轮转子流体模型工况参数并迭代求解

4.3 计算结果分析

4.4 本章小结

第5章 叶轮转子增加不同导流槽结构驱动力矩仿真计算

5.1 叶轮转子叶盆面增开沿半径方向外引流的导流槽结构仿真

5.2 叶轮转子叶背面增开沿半径方向外引流的导流槽结构仿真

5.3 叶轮转子叶背面增开沿半径方向内引流的导流槽结构仿真

5.4 归纳导流槽结构因素对轴流叶轮驱动力矩的影响

5.5 叶轮转子驱动力矩测量实验

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

攻读硕士学位期间以发表的论文

参与项目

致谢