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叶片式流体设备数字化研发与优化研究

刘博

   叶片式流体机械作为流体介质能量转化的机械设备,广泛应用于国民经济的各个领域并发挥着十分重要的作用。随着技术的不断发展和制造业全球化的形成,各个应用领域对叶片式流体机械的性能要求不断提高,数字化技术不仅成为流体机械产品创新的主要工具,而且是缩短产品开发周期和提高性能的有效手段。 本文以R40轴流风机为研究对象,采用数字化的方法对风机叶片进行了改进,并对其结构参数进行了优化。 首先,选择一种空气动力学性能较好的翼型,通过自行编制的MATLAB程序对风机叶片进行了改进计算;建立了风机的计算区域,对湍流模型和网格进行了考核,并分析了串行求解器和并行求解器以及不同节点数对收敛结果的影响。 其次,应用考核好的模型与网格,采用FLUENT软件中SIMPLEC算法和Realizable k-ε湍流模型计算出轴流风机的内部流场,分析了风机内部的稳态流场和非稳态流场。获得了轴流风机内部许多重要的流动细节、速度和压力分布规律及其性能参数,并对影响轴流风机性能的主要参数进行了对比模拟,可获得各个参数对轴流风机性能的影响:相同风量下,安装角增大时全压增大;安装角改变时,最高效率点的包络线沿抛物线变化,安装角为33.8°时,效率有最大值;转速增加出口截面最大速度增加,同时涡流区域增大,流量—效率曲线呈平移趋势。根据计算结果对风机参数进行优化,提高风机效率。当叶片安装角φ=33.8°,电机转速n=1440rpm时,风机的效率有最大值,此时的最大值为0.7929。 最后,对R40轴流风机的动叶片进行了有限元建模,并运用ANSYS12.0软件对其进行了动力学分析,得到了叶片在静止和工作转速下的前10阶固有频率,以及在气流激振力下的谐波响应。结果表明:R40轴流风机在额定转速下工作,运行稳定,不会发生共振;叶片的固有频率随转速的增加而变大;叶片在120Hz附近对激振力的响应有最大值。……   
[关键词]:叶片;数字化;并行计算;非定常;有限元;动力学
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2010年
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