割草机流道内流场数值模拟及实验研究

论文摘要

本文对割草机的国内外研究进展进行了大量调研,介绍了PIV技术和叶轮机械内部流场研究的国内外进展;对各种单相气体流动的数学模型进行对比,建立了适合割草机流道气体流动的数值模型;介绍了网格生成技术和不同网格的特点,运用GAMBIT建立流道模型并对其进行非结构网格划分;选用标准κ—ε模型作为流动的数值模型,并作相关假设,采用SIMPLE算法进行方程的求解计算,得到流道内流场的速度、静压强以及湍动能分布规律,分析了刀绳长度、电机转速对流场特性的影响机理;设计并搭建了实验台,完成PIV流场测试实验,并将实验结果与数值计算结果进行了比较分析。数值模拟的结果表明割草机流道内部流动相对于基准面呈基本对称的分布。刀绳长度、电机转速的变化共同影响内部流场。刀绳越长,电机转速越大,割草机切割杂草的能力越强;在速度一定时,应尽量选用长刀绳,这样可获得流场内部尽量大的压差,加强机具抛撒碎草的能力;电机转速一定时长刀绳所引起的速度脉动更强,由速度的脉动产生空气动力噪声更大。试验的结果表明流场的速度分布相对基面呈近似对称分布。实验结果和数值计算比较吻合。数值计算和实验结果比较吻合。由于边缝中的流体除了做回转运动外还可被吸向中心区域的低压区,因而短刀绳时的流道内部流场比长刀绳时更紊乱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 现代流场测试技术的国内外进展
• 1.2.2 叶轮机械内部流场研究现状与进展
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 旋转机械内部气体流动的数学模型
• 2.1 单相气体流动的数学模型
• 2.2 雷诺应力湍流基本模型
• 第三章 割草机流道内流场的数值计算方法
• 3.1 FLUENT软件简介
• 3.2 网格生成技术
• 3.2.1 结构网格
• 3.2.2 非结构网格
• 3.2.3 自适应笛卡尔网格
• 3.3 割草机内部网格的划分
• 3.4 数值计算的基本参数设置
• 3.5 边界条件的确定
• 3.6 控制方程及其求解
• 3.7 本章小结
• 第四章 割草机流道内流场的数值模拟
• 4.1 机具可调参数对流场速度特征的影响
• 4.2 机具可调参数对流场静压力特征的影响
• 4.3 机具可调参数对流场湍动能特征的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 割草机内流场的PIV实验
• 5.1 PIV测试系统
• 5.1.2 示踪粒子的选择
• 5.1.3 旋转流场PIV测试的同步性问题
• 5.1.4 本实验几个重要参数设置
• 5.2 实验装置简介及数据处理方法
• 5.3 实验结果与数值计算结果的对比分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文