旋转机械强度校核系统的开发与应用

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旋涡鼓风机是专门用于送、抽气体的增压装置,由于它的通流部分形状复杂、气体呈空间的三元紊流特性。它的流动具有明显的分离、旋涡等现象,以前很难用详细的理论进行分析,现有的设计方法也主要是依据试验结果得到一些经验公式。本文利用商用CFD软件FLUENT对旋涡鼓风机内流场进行模拟并做出了分析,得出了指导性和方向性的结果,可以帮助用户选择性能最佳的设计,具有明显的应用价值。 本文介绍了旋涡鼓风机的特点与性能,讨论了它的内部流动机理。对于数值模拟,文中假设采用标准的湍流模型,标准的近壁面函数,SIMPLE算法,且湍流动能、湍流耗散项、动量方程都采用一阶迎风格式离散。针对作者研究的产品,文中对流动区域进行了简化划分(即前处理),对具有闭式叶轮的旋涡鼓风机内部的流动状况进行了模拟,并且对主流区、间隙区流动进行了显示。首次证实了纵向旋涡和径向旋涡的存在,验证了前人旋涡理论假说的正确性,揭示旋涡鼓风机的流动特点。 文中深入的探讨了各种参数对其性能的影响,首次系统地对叶片形状、叶片数目、叶轮的轮径比、隔板的大小形状、进出口管的结构、间隙的大小等几何参数的改变所引起的内流场的变化进行了讨论。通过流道和出口管微观流场的分析,提出了改善流动的措施,达到了预期的效果。本文得出的大量数值模拟结果与文献的结果相当吻合,所以对旋涡鼓风机的数值模拟是成功的。 为了节约建立旋涡鼓风机模型所耗的时间,作者开发一个参数化数据库软件,实现了三维叶轮实体模型和三维流道模型的参数化。通过这个软件,设计人员可以快速的完成结构设计,生成强度计算软件ANSYS所需叶轮模型的标准二进制文件和CFD前处理软件GAMBIT所需的流道模型文件,并且可以对所生成的文件进行了有效的管理。
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