伍晨[1]2007年在《地铁用轴流风机的CFD模拟》文中认为地铁专用轴流风机是地铁车站和隧道区间内通风的主要设备,它具有流量大、功率大和压头高等特点,是地铁空调系统的主要耗能设备,因此它的各项性能指标备受人们关注。地铁轴流风机的设计很大程度上要依赖试验,但是一次试验要消耗很大的人力物力,因此,设计成本相对较高。如果采用数值模拟的方法对地铁轴流风机的流场进行模拟,得出指导性和方向性的结果,可以帮助选择性能最佳的设计方案,具有明显的应用价值和经济效益。本课题利用CFD商用软件Fluent6.1,该软件的计算方法是利用有限体积法,假设定常条件,采用k-ε双方程湍流模型,SIMPLE算法。本课题利用该软件对地铁轴流风机的速度场、压力场以及风机在不同转速和安装角度下的速度场和压力场进行模拟,并着重对出口回流区,压力场,速度场和矢量场等进行讨论,找出模拟结果与试验结果存在的差别之处,然后进行分析。分析结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,尤其是额定工况下的风量和风压,十分的接近,这说明数值模拟的结果是可信的,对设计可以起到指导性的作用。在此基础上通过大量的模拟计算和数据整理分析出风机的叶片数,转速,风帽的形状,以及叶片安装角度等因素对风机性能的影响效果,尤其是当风机在两种或两种以上工况下运行时,通常不能总是处于高效率区的现象作出研究,从而总结出如何使风机在不同工况下运行时总能够保持工作点处于高效率区。由于本次研究处于风机的研发阶段,所以无法与实际的工程运行相联系,而且无法得到具体的管路阻力特性曲线,在这种情况下,只能做出定性的分析。今后具备条件后,可以根据得出的结论进行实际验证与校核,从而可以得出一套较为完善的风机调节方案。本文在风机建模领域有一定的创新,在前人经验的基础上,增加了由面网格生成体网格的方法,不仅减少了网格的总数量,而且增加了模拟数据的真实性,另外,在如何调节欠松弛因子方面颇有心得,可以为以后的模拟提供一定的借鉴。
田铖[2]2003年在《地铁用轴流风机的CFD模拟及研究》文中研究表明轴流风机是地铁车站和隧道区间内通风的主要设备，其流量，压力和效率等指标备受人们关注。地铁轴流风机的设计很大程度上要依赖试验，设计成本相对较高。如果用数值模拟的方法对地铁轴流风机的流场进行模拟，得出指导性和方向性的结果，可以帮助选择性能最佳的设计，具有明显的应用价值。本文用 CFD商用软件 Fluent6.0 对地铁轴流风机的流场进行模拟并做出分析。本文假设定常条件，采用 k－ε双方程湍流模型，SIMPLE 算法对直径为 1.8米地铁轴流风机的流场进行了模拟，着重对进口回流区，压力场，速度场和矢量场等进行讨论，经过和实验结果比较，模拟结果很理想。在此基础上，本文将风机支架进行旋转，并且针对不同的旋转角度分别进行计算。通过对风机流场和风机效率等的分析，得出了风机支架旋转角度对风机性能的影响规律：支架的旋转会引起风机正转效率的下降和反转效率的提高。假如采用较小的支架旋转角度，那么风机的反转效率会有较大程度的提高，同时正转效率不会明显下降。另外，本文在复杂模型的建立和简化，网格的生成，计算模型的采用等方面做了一些有益的探索，希望能对相似类型的数值模拟问题提供借鉴。
袁凤东, 由世俊, 高立江[3]2006年在《基于CFD的地铁用轴流风机性能模拟》文中进行了进一步梳理为优化地铁用轴流风机的设计方案,缩短设计周期,减少设计试验所消耗的人力和物力,应用商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT,建立风机物理模型和计算模型,采用四面体非结构化网格对物理模型进行网格划分,根据实际条件设置边界条件,对地铁轴流风机在不同转速下的压力场、速度场进行模拟。得出在不同风量下的全压和效率值,并将模拟结果与试验结果作了对比,两者基本吻合,尤其是额定工况下的风量和风压,较为接近。说明应用CFD对风机进行数值模拟的结果是可信的,对设计可以起到指导性的作用。
赵锐[4]2005年在《可逆风机叶型设计及离心压缩机窄通道级研究》文中研究说明作为地铁内通风的主要设备—可逆式轴流风机,不仅承担着地铁地下内部空间与外部自然空间的气体交换工作,而且还需要在事故工况(如火灾、堵塞等)下进行排烟、补充新风等。目前,随着我国经济的飞跃发展,交通建设取得了突飞猛进的成就。地铁在城市地面交通空间日益减少情况下,已经成为缓解城市交通运输压力的一个重要出口,地铁用通风机的作用也愈来愈彰显突出,因此,研究地铁用可逆式轴流风机具有非常重要的现实意义。可逆式轴流风机与普通通风机的显着不同之处就在于它不仅要保证正向通风的性能,同时还要确保能够满足事故工况下反向通风的要求。决定风机性能好坏的主要因素是轴流风机叶轮的气动性能,而叶轮叶片的翼型又是决定叶轮性能的关键,因此如何设计简便、高效地实现轴流风机直接反转反风的叶型,就成为一项在理论上与实用上都急需解决的问题,这也是本文探索的主要目标之一。 本文利用专用的计算流体分析软件NUMECA,借助数值试验的手段,对地铁用可逆式轴流风机的内部流场进行数值模拟,并对叶轮叶型进行优化设计。采用一种效率比较高的普通风机叶片翼型作为原始翼型,按不同长度比例缩小原始翼型,反向搭接在原始翼型的出口圆弧处,经过光滑处理,保证叶型表面的流线形后,构成本文所研究的新型双头双机翼反向S型不对称翼型。分析缩放比例不同的可逆式轴流风机叶型的数值模拟结果,比较各种叶型的流场分布规律,寻找到一种适合于设计工况下正、反双向吹风的双头双机翼反向不对称S型叶型,能够满足地铁用可逆轴流风机的要求。 另外,本文还对离心压缩机窄通道级(包括进气道、叶轮、扩压器、弯道和回流器)内部流动情况进行了详细的数值模拟,以某窄通道级为研究原型,根据数值模拟的结果,分析各元件效率低的原因,查找影响因素,并进行相应的结构优化,最终达到提高整级效率的目的。
罗皓[5]2009年在《轴流式风机的优化设计及数值模拟》文中进行了进一步梳理轴流风机是一种性能优异并且适合大流量场合的流体机械,在很多行业都有广泛的应用。轴流风机的优化设计也一直备受风机设计者的欢迎。随着计算机技术的发展,利用计算机辅助设计轴流风机已经成为一种趋势。本文在给定流量和全压的情况下,以地铁轴流通风机为例,分别用等环量方法和最优化方法设计的叶片扭曲规律。采用GAMBIT软件建立数值模型,并对模型进行网格划分,再用CFD软件——FLUENT对两个模型进行流场模拟计算,改变流量得到不同工况下模型的全压、有效功率和效率性能曲线图,然后分别对两个模型的性能曲线进行对比,比较两种设计方法的不同,以便摸索出更好的叶片设计方法,最后对模型效果图进行分析,观察速度和压力的变化情况。轴流通风机的数值模拟不仅可以解释很多性能参数的变化情况,对吹风实验以及生产都有很好的指导作用。课题中,对分别采用最优化方法与等环量方法设计轴流风机得到的风机全压对比图,有效功率对比图以及风机全压效率对比图进行分析,发现最优化方法在提高效率,降低轴功率方面都要好于等环量设计方法。此外,对风机内部压力分布和速度分布进行分析,用图示的方法解释了叶轮扩压,圆柱面假设等一些现象和理论。对应用FLUENT软件模拟轴流风机时常用到的RNG-k-ε模型和多坐标参考系模型(MRF)做了介绍和分析,对未来应用FLUENT软件模拟风机内部流场提供有效的软件技术支持。
高立江[6]2004年在《地铁用轴流风机的数值模拟及研究》文中进行了进一步梳理地铁专用轴流风机是地铁车站和隧道区间内通风的主要设备,它具有流量大、压头高和功率大等特点,它的各项性能指标备受人们关注。地铁轴流风机的设计很大程度上依赖于试验,而往往一次试验要消耗很大的人力物力,因此设计成本相对较高。如果用数值模拟的方法对地铁轴流风机的流场进行模拟,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,具有明显的应用价值和经济效益。本课题所用的CFD计算软件是fluent6.1,该软件提供两种数值求解方法:分离解法和耦合解法,本课题采用的是分离解法,其离散方法为有限体积法。模型计算湍流粘性采用的是k-ε双方程湍流模型,实现压力速度耦合采用的是SIMPLE算法。本课题对地铁轴流风机在不同转速和安装角度下的速度场、压力场进行了模拟,得出了不同风量下的全压和效率值,并将模拟结果与厂家的试验数据作了对比,两者基本吻合,尤其是额定工况下的风量和风压,十分的接近,这说明数值模拟的结果是可信的,对设计可以起到指导性的作用。另外本课题还着重对风机出口回流区的压力场和速度场进行了分析,找出了回流生成的原因,进一步模拟发现风机出口气流经过一段加长管道后就会消失。通过此次模拟发现,如果按照实际风机的尺寸和边界条件进行建模,则计算结果很难收敛,因此在建模时必须简化某些条件,但是这样就会对结果造成一定的偏差,而偏差的大小必须经过实验才能得到检验。另外,建模的前处理和结果的后处理是模拟设计成功的关键,经验和良好的素养是合格的虚拟设计人员必须的。本课题在建模、网格划分等方面总结了一些经验,希望能够为以后的模拟工作提供有益的参考。
甄敏钢[7]2006年在《隧道用轴流风机性能模拟研究》文中研究指明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。
张才华[8]2014年在《轴流风机模块化设计的若干技术研究》文中指出轴流风机整体铸造加工精度低,易产生缺陷。本文基于模块化思想,将轴流风机叶轮根据功能不同分为叶片和轮毂两个模块,并将叶片作为通用模块,利用原准叶片设计不同尺寸系列的模块化轴流风机。本文针对轴流风机模块化设计中轮毂比、原准叶片安装角确定和原准叶片设计压力选择进行了研究。本文首先对改进的变环量设计进行了介绍,利用改进的变环量设计方法在不同设计参数和结构参数条件下,进行了风机设计,并对所设计风机进行了气动性能模拟和对比。通过性能对比可知,利用改进的变环量设计方法设计的风机,压力和效率呈现反相关关系,所以在模块化设计高压头轴流风机时需牺牲一部分风机效率。在模块化设计风机过程中,原准叶片需在不同轮毂比的风机中工作,经过模拟发现,当轮毂比过大时,风机的效率会下降,所以设计原准风机时需要在兼顾风机结构和气动性能时选择尽可能小的轮毂比。在原准叶片与轮毂匹配组成特定尺寸的模块化风机时,需要确定原准叶片的安装角,本文提出了基于几何寻优方法。另外,本文对原准风机设计压力的选择进行了研究,分别选择低压和中压作为设计压力,两者800mm风机的性能相近,但是在大尺寸风机中,中设计压力组成的风机性能更优。最终,在所设计原准叶片的基础上,本文给出了模块化风机的性能谱图。
高博[9]2012年在《可逆翼型的设计与性能研究》文中认为翼型为各种旋转机械的基础,翼型的选用及设计直接影响到旋转机械的整体性能。对于需要两个方向通风的旋转机械,普通的翼型并不能满足其要求,达到较好的效果。故对可逆翼型的研究是十分迫切的。这种翼型大多用于风机上,因为地铁、隧道、矿山等均需要使用风机来对内部空间及外部空间进行气体交换,这就要求风机能可逆运行。风机的可逆运行为设计带来了很大困难,这种风机要求正向通风与反向通风的效率、全压等气动性能基本一致,不能相差太多。为了保证正反向性能一致,翼型的设计显得至关重要,本文的主要研究目标就是设计出适用于多种介质的性能较优的可逆翼型。本文运用CFD计算方法,通过商业NUMECA软件以及叁维造型PRO/E软件,设计了两种对称翼型,选用两种机翼翼型,各自取一半后,将这一半反向旋转180。,然后接到未旋转的原翼型的一半上,构成对称翼型,对这两种对称翼型的性能进行了对比研究,优选了一种性能较优的翼型。为了保证正反向性能的一致性,选用了对称性较好的翼型,设计了一种带有前后导叶的可逆风机,并且计算了只带有前导叶和只带有后导叶以及无导叶的可逆风机,研究了导叶对可逆风机的影响,得到了正反向通风性能均较优的可逆风机。对前面优选的性能较优的机翼翼型进行进一步设计及优化,设计出几种反向非对称的S型可逆翼型。采用的方法是将原始翼型按一定比例进行缩放,依次反向接到原始翼型的出口处,对连接处进行光滑处理,构成新的翼型。对采用这几种非对称翼型设计的风机的性能进行了研究及对比,得出了最优反接比例弦长的非对称翼型。
贺卫晋[10]2014年在《非稳定工况下对旋风机噪声数值模拟及实验研究》文中研究表明风机是工程实践中应用最为广泛的叶轮机械之一，其内部流场的流动状况及由此产生的噪声问题对风机的性能和实际应用起到至关重要的作用。因此，风机的内部流场特性及其噪声问题研究是目前工程中亟待解决的问题。风机工作在非稳定特性区时，风量、风压和电机电流大幅波动，振动和噪声显着增加，严重时造成叶片撕裂，使风机损坏。而往往风机的运行受工作状态和工作条件影响,更多的是处于非设计状态下工作。本文首先对型号为KDF-5的对旋式轴流风机进行实验研究，然后对该风机建模后进行数值分析，并且与实验分析进行对比，最后探讨风机的降噪方法。本文具体工作如下：（1）设计对旋风机气流压力脉动特性的测试方案。通过改变风机运行工况，采集风机噪声信号。（2）根据实验结果进行气动噪声分析。利用功率谱、最大熵谱等方法分析噪声信号与气流的变化规律，分析发现：噪声频谱的波峰幅值随流量的减小逐渐降低，波峰数逐渐减小；在小流量工况下，级间流动以涡流为主，气动噪声以涡流噪声为主。（3）对风机建模进行数值模拟，结合实际实验结果对风机内部流场进行分析。分析不同工况下风机内部流动特性，得出：随着流量的减小，流场逐渐恶化且呈现涡流噪声特性，与实验分析相吻合。（4）通过对风机的气动优化设计得出一级叶片采用八片，二级叶片采用七片使得叶片满足数量尽量互质的要求，避免了离散噪声在倍频程上的迭加；对不同叶高处风机噪声测试实验和不同叶尖间隙风机数值模拟、二级叶片打孔优化模拟等方面在非稳定工况下，叶片吸力发生流动分离，开始出现旋转失速涡，主气流紊动剧烈，并且叶尖间隙涡流增大，噪声增大；合理的控制叶尖间隙也就能控制由其引起的涡流噪声；叶片打孔可以减少涡流的存在并降低噪声。
参考文献：
[1]. 地铁用轴流风机的CFD模拟[D]. 伍晨. 天津大学. 2007
[2]. 地铁用轴流风机的CFD模拟及研究[D]. 田铖. 天津大学. 2003
[3]. 基于CFD的地铁用轴流风机性能模拟[J]. 袁凤东, 由世俊, 高立江. 流体机械. 2006
[4]. 可逆风机叶型设计及离心压缩机窄通道级研究[D]. 赵锐. 大连理工大学. 2005
[5]. 轴流式风机的优化设计及数值模拟[D]. 罗皓. 东北大学. 2009
[6]. 地铁用轴流风机的数值模拟及研究[D]. 高立江. 天津大学. 2004
[7]. 隧道用轴流风机性能模拟研究[D]. 甄敏钢. 天津大学. 2006
[8]. 轴流风机模块化设计的若干技术研究[D]. 张才华. 浙江大学. 2014
[9]. 可逆翼型的设计与性能研究[D]. 高博. 大连理工大学. 2012
[10]. 非稳定工况下对旋风机噪声数值模拟及实验研究[D]. 贺卫晋. 中国矿业大学. 2014