轴流式液液旋流器内流场的数值模拟

论文摘要

本文通过对轴流式旋流器内导向叶片几何关系的计算,建立了导叶准线的参数方程,利用三维造型软件Solid Works建立了导向叶片的三维模型。并将Solid Works与Gambit联合使用,建立轴流式旋流器完整的几何模型,对几何模型进行了分区结构化网格划分。以计算流体力学软件Fluent作为研究工具,对轴流式旋流器内流场进行了计算。通过计算结果与APV测量结果对比分析,验证了建模方法的正确性和计算结果的可靠性。根据计算结果,主要分析了轴流式旋流器内流场的速度分布特性、压力分布特性以及速度压力的耦合关系,进一步分析了旋流器内能量的变化规律。主要展示了导向叶片的造旋过程以及液流在导叶部位的流动情况。通过计算分析了轴流式旋流器和切入式旋流器由入口结构的不同引起流场的差异,以及入口结构的不对称导致了流场的偏心现象。阐述了偏心现象对分离性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 论文主要研究内容及方法
• 第2章 水力旋流器内流场的研究进展
• 2.1 水力旋流器的研究方法
• 2.1.1 数学方法
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.3 数值模拟方法
• 2.2 轴流式液液旋流器的工作原理及结构特点
• 2.2.1 轴流式旋流器的工作原理
• 2.2.2 轴流式旋流器的结构组成
• 2.3 水力旋流器内部基本流场理论
• 2.3.1 旋转流体运动的基本方程
• 2.3.2 自由涡运动与强制涡运动
• 2.3.3 组合涡运动
• 2.4 水力旋流器内流场的模拟现状
• 2.5 小结
• 第3章 轴流式旋流器的数学模型及数值解法
• 3.1 基本控制微分方程组的建立
• 3.2 湍流模型的选择
• 3.3 控制方程的离散及离散格式的选择
• 3.3.1 有限体积法
• 3.3.2 离散格式
• 第4章 CFD 模型的建立
• 4.1 Fluent 简介
• 4.1.1 Fluent 软件的模块及适用范围
• 4.1.2 Fluent 使用步骤
• 4.2 导向叶片的设计与三维建模
• 4.2.1 导向叶片的叶型
• 4.2.2 导向叶片的设计
• 4.2.3 叶片准线的确定
• 4.2.4 导向叶片的三维建模
• 4.3 Solid Works 与Gambit 的联合使用
• 4.4 整体旋流器计算模型及其连通域的建立
• 4.5 模型的网格划分
• 4.5.1 Gambit 的网格类型
• 4.5.2 轴流式旋流器内流动空间的网格划分
• 4.5.3 网格质量评定
• 第5章 旋流器内液相流场计算与实验结果对比
• 5.1 求解步骤及边界条件的设定
• 5.1.1 求解步骤
• 5.1.2 边界条件
• 5.2 模拟结果与测量结果的比较
• 5.3 轴流式旋流器内液相流场的模拟结果
• 5.3.1 压力场的计算
• 5.3.2 速度场的计算
• 5.3.3 导向叶片流动情况的计算
• 5.4 Fluent 计算过程中的收敛问题及解决方法
• 5.4.1 计算过程中收敛的判断
• 5.4.2 解决不收敛问题的方法
• 第6章 两种入口结构型式旋流器内流场计算对比
• 6.1 切入式旋流器的模拟计算前处理
• 6.1.1 切入式旋流器的建模及网格划分
• 6.1.2 数值计算方法及边界条件的设定
• 6.2 两种入口结构型式旋流器内流场对比分析
• 6.2.1 两种旋流器计算云图比较
• 6.2.2 两种旋流器XY—Plot 图比较
• 结论
• 符号表
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢