發(fā)布時間：2020-07-10 00:23

【摘要】：隨著國際能源形勢的加劇,綠色、文明、可持續(xù)的發(fā)展理念越來越深入人心,高效節(jié)能設(shè)備的設(shè)計研發(fā)受到廣泛關(guān)注。在污水處理行業(yè)中,鼓風曝氣系統(tǒng)的耗電量龐大,約占全部耗電量的30%~50%。曝氣風機作為系統(tǒng)的核心,在水處理行業(yè)前景廣闊,通過改善風機性能節(jié)約的電量將會非�？捎^,符合節(jié)能減排的發(fā)展趨勢。本課題以某離心式曝氣風機為研究對象,以高效節(jié)能為出發(fā)點,運用全三元流仿真計算手段,借助透平機械專業(yè)軟件Concepts NREC和NUMECA,對風機各部件展開氣動設(shè)計與優(yōu)化分析。首先,曝氣風機的優(yōu)化設(shè)計從葉輪入手,通過改變?nèi)~頂間隙尺寸以及分流葉片長度來優(yōu)化葉輪。調(diào)整葉輪進出口的間隙尺寸,使其在0.2-0.6mm范圍內(nèi)變化,利用FINE/Turbo對不同間隙的葉輪模型求解。對比分析葉頂間隙變化時的葉輪性能,發(fā)現(xiàn)增大葉頂間隙時,泄露損失隨之增大。綜合考慮氣動性能和葉輪形變量,選擇0.3mm等寬度間隙尺寸作為葉頂間隙設(shè)計方案。對于分流葉片,控制其前緣線的軸向位置,從而改變?nèi)~片長度。在葉輪的子午流道內(nèi)存在均勻分布的QO線,使分流葉片前緣在第5—10條QO線范圍內(nèi)變化。對比氣動計算結(jié)果發(fā)現(xiàn),小葉片前緣位于第8條QO線時葉輪性能最優(yōu),而且有效地降低了葉片載荷。經(jīng)過對葉頂間隙和分流葉片的優(yōu)化,葉輪等熵效率為90.56%。接下來,根據(jù)幾何與氣動參數(shù)對靜子部件—葉片擴壓器進行設(shè)計。擴壓器葉片選擇拋物線形中弧線,疊加NACA65翼型的厚度分布,通過CREO三維造型并利用FINE/Turbo在級環(huán)境下進行數(shù)值求解。由于初始擴壓器模型的葉背處存在嚴重的分離渦,在初始模型的基礎(chǔ)上改變?nèi)~型彎曲角,渦團得到消除,級效率提高2%。在不改變?nèi)~柵稠度的前提下,增大葉型彎曲角可以延長葉道對流體的作用長度,是提升級性能的有效手段。另外,討論了葉片厚度對級性能的影響。改變?c得到不同葉片厚度的擴壓器,對比分析后發(fā)現(xiàn),當?c取值為0.07時的級性能優(yōu)于其他厚度的擴壓器,此時等熵效率為87.67%,總壓比為1.848。最后,建立非對稱圓形蝸殼模型,并將其與葉輪和擴壓器進行非匹配連接,在整機環(huán)境下進行CFD計算。結(jié)算結(jié)果顯示,設(shè)計工況點下風機效率為84.42%,總壓比1.807,高于要求值1.78。高速直驅(qū)曝氣風機的氣動設(shè)計能夠滿足要求�？v觀離心式曝氣風機的氣動設(shè)計過程,經(jīng)過葉輪、擴壓器以及蝸殼三部分的優(yōu)化,提高了風機效率和壓比,對今后壓氣機的氣動設(shè)計具有參考和指導意義。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM315

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