本文關(guān)鍵詞：基于速度分布控制的離心葉輪三維氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究

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【摘要】：離心式葉輪機(jī)械是流體機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的類(lèi)型之一,大量應(yīng)用于冶金、礦山、化工、土木等一般工業(yè)領(lǐng)域以及航空、電站、船艦等高端領(lǐng)域,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)尤其是國(guó)家工業(yè)體系中占據(jù)重要的地位。隨著節(jié)能減排在促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展中的重要性日益凸顯,在保證生產(chǎn)或生活的同時(shí)降低能源消耗就必須著手于提高能源利用率。提高離心式葉輪機(jī)械的氣動(dòng)性能能可觀(guān)地降低其應(yīng)用領(lǐng)域整體的能源消耗。本文在總結(jié)現(xiàn)有三維葉片優(yōu)化理論及方法的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步改進(jìn)三維葉片優(yōu)化理論與方法,使優(yōu)化模型更加完善。本文提出的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法從造成離心葉輪流動(dòng)損失的根源出發(fā),通過(guò)控制葉輪流道內(nèi)的邊界層增長(zhǎng)與分離、二次流與分層效應(yīng)對(duì)離心葉輪中普遍存在的射流尾流結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制,從而減少葉輪的流動(dòng)損失提高流動(dòng)效率。研究表明,葉輪流道內(nèi)合理的速度分布對(duì)控制流道內(nèi)上述流動(dòng)效應(yīng)至關(guān)重要。在總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上,選取了如下參數(shù)來(lái)建立葉輪流道內(nèi)合理的速度分布模型：通過(guò)平均相對(duì)速度最大減速比及其位置,建立平均相對(duì)速度沿流線(xiàn)的分布模型；通過(guò)吸力面上的最大載荷系數(shù)及其位置,建立吸力面相對(duì)速度的分布模型。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法還考慮了氣體的壓縮性,提高優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性,優(yōu)化設(shè)計(jì)的判定依據(jù)是邊界層最薄,在計(jì)算邊界層時(shí),建立了考慮葉輪旋轉(zhuǎn)與葉片曲率可壓縮邊界層計(jì)算方程,保證了邊界層計(jì)算的精準(zhǔn)度。在葉片成型時(shí)采用流線(xiàn)曲率法,流道內(nèi)最優(yōu)相對(duì)速度分布確定的同時(shí)可以方便地確定葉片的三維型線(xiàn),從而完成葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)。編寫(xiě)出三維葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)程序后,經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行最終優(yōu)化設(shè)計(jì)出三維葉片,并進(jìn)行CFD模擬驗(yàn)證,模擬結(jié)果表明,優(yōu)化設(shè)計(jì)所得到的葉輪流道內(nèi)邊界層發(fā)展得到有效控制,邊界層更薄,二次流強(qiáng)度較弱,射流尾流結(jié)構(gòu)減弱,從而減小流動(dòng)損失,提高葉輪的流動(dòng)效率。
【關(guān)鍵詞】：離心葉輪 三維葉片 優(yōu)化設(shè)計(jì) 可壓縮 旋轉(zhuǎn)與曲率 速度分布
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK05
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 離心葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展與現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 離心葉輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及流動(dòng)特征12-14
• 1.2.2 流線(xiàn)曲率法的發(fā)展14-16
• 1.2.3 正反問(wèn)題耦合的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法16-18
• 1.2.4 控制速度分布的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法18-19
• 1.3 考慮可壓縮效應(yīng)的離心風(fēng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)19-20
• 1.4 葉輪機(jī)械內(nèi)流數(shù)值計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀20-23
• 1.4.1 無(wú)粘的數(shù)值計(jì)算20-22
• 1.4.2 考慮粘性的數(shù)值計(jì)算22-23
• 1.5 本文的主要工作23-25
• 第2章 基于流動(dòng)效應(yīng)控制的離心葉輪三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)25-41
• 2.1 離心葉輪內(nèi)的流動(dòng)效應(yīng)25-30
• 2.1.1 旋轉(zhuǎn)和曲率影響下的邊界層25-27
• 2.1.2 旋轉(zhuǎn)和曲率導(dǎo)致的二次流27-28
• 2.1.3 旋轉(zhuǎn)和曲率導(dǎo)致勢(shì)流的分層效應(yīng)28-30
• 2.2 離心葉輪葉片表面邊界層計(jì)算30-37
• 2.2.1 考慮旋轉(zhuǎn)與曲率的邊界層計(jì)算31-32
• 2.2.2 考慮旋轉(zhuǎn)與曲率的可壓縮邊界層計(jì)算32-37
• 2.3 離心葉輪流道內(nèi)相對(duì)速度分布模型37-39
• 2.3.1 平均相對(duì)速度分布模型38-39
• 2.3.2 吸力面相對(duì)速度分布模型39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第3章 基于流動(dòng)效應(yīng)控制的離心葉輪三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法41-60
• 3.1 子午面流線(xiàn)的確定方法41-47
• 3.1.1 柱坐標(biāo)系下的歐拉方程41-42
• 3.1.2 空間流線(xiàn)相關(guān)物理量及其相互關(guān)系42-43
• 3.1.3 子午面流線(xiàn)的基本方程43-45
• 3.1.4 流量校核與流線(xiàn)反插45-47
• 3.2 回轉(zhuǎn)面空間流線(xiàn)的確定方法47-51
• 3.2.1 葉片載荷47-49
• 3.2.2 考慮旋轉(zhuǎn)與曲率的邊界層計(jì)算49-51
• 3.3 密度場(chǎng)的計(jì)算51-52
• 3.4 離心葉輪葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)流程52-58
• 3.4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的總流程52-53
• 3.4.2 初始模塊53-54
• 3.4.3 子午面流線(xiàn)迭代模塊54-56
• 3.4.4 葉片成型模塊56-58
• 3.5 本章小結(jié)58-60
• 第4章 設(shè)計(jì)實(shí)例及數(shù)值模擬結(jié)果分析60-91
• 4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例60-63
• 4.1.1 總體結(jié)構(gòu)參數(shù)60-62
• 4.1.2 相對(duì)速度分布模型參數(shù)62-63
• 4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果63-69
• 4.3 數(shù)值模擬與結(jié)果分析69-73
• 4.3.1 幾何建模69-71
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分71-72
• 4.3.3 數(shù)值模擬72-73
• 4.4 結(jié)果分析73-89
• 4.4.1 壓縮性影響分析73-83
• 4.4.2 性能對(duì)比83-84
• 4.4.3 二次流84-89
• 4.5 本章小結(jié)89-91
• 第5章 總結(jié)與展望91-93
• 5.1 文章總結(jié)91-92
• 5.2 研究展望92-93
• 參考文獻(xiàn)93-97

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