风力通风机流场数值模拟研究

论文摘要

风力通风机由于不用电、无噪音、体积小、重量轻、安装方便、可长期运转,排出室内的热气、湿气和秽气,以被广泛应用于工业厂房、商业和民用建筑中。从节约能源角度考虑,制造出高效率的风力通风机具有十分重要的意义。本课题主要研究了风力通风机加入导叶片后对其通风性能的影响,并设计了一种新型的导叶片,使通风量增加,通风效率有所提高；讨论了自然风风速及涡轮转速与通风质量流率的关系,有助于风力通风机的设计。本文针对导叶片在不同安装角下的流场进行数值模拟。采用autoCAD软件进行实体绘型,导入GAMBIT软件进行网格划分,再应用CFD商用软件FLUENT进行流场的数值模拟。分别模拟了导叶片安装角为15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°和120°的整体模型的流场,得出导叶片的最佳安装角。采用标准k-ε模型方程,压力与速度的耦合采用SIMPLE算法,动量、湍动能、耗散率均采用二阶迎风格式离散。并与无导叶片条件下（无导叶片）整体模型流场进行比较,加入导叶片后通风性能有所增强。设计了一种新型的导叶片,使通风量增大,提高了通风效率。对涡轮采用同样的数值模拟方法,得出风力通风机速度场和压力场的分布规律。研究了自然风风速及涡轮转速与通风质量流率的关系。同样采用标准k-ε模型方程,压力与速度的耦合采用SIMPLE算法,对动量、湍动能、耗散率均采用二阶迎风格式离散。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 风力通风机简介
• 1.2 本课题国内外研究现状
• 1.2.1 风力通风机应用效果
• 1.2.2 风力通风机的研究
• 1.3 本课题研究目的与意义
• 1.3.1 课题的目的
• 1.3.2 课题的意义
• 1.4 本课题的主要工作
• 第二章 计算流体动力学基本理论
• 2.1 计算流体动力学简介
• 2.2 计算流体动力学基本控制方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.3 湍流模型介绍
• 2.3.1 湍流运动的基本方程
• 2.3.2 湍流模拟方法与湍流模型
• 2.3.2.1 涡粘模型
• 2.3.2.2 Reynolds应力模型
• 2.4 控制方程的离散方法
• 2.5 常用的离散格式
• 2.6 流场数值计算的方法
• 2.7 小结
• 第三章 商用软件FLUENT简介
• 3.1 FLUENT软件应用范围
• 3.2 FLUENT网格特性
• 3.3 FLUENT中常用的边界条件
• 3.4 多参考系模型
• 3.5 FLUENT数值模拟求解步骤
• 3.6 小结
• 第四章 风力通风机导叶片流场数值模拟
• 4.1 导叶片模型的建立
• 4.2 网格划分
• 4.3 FLUENT数值计算
• 4.4 计算结果与分析
• 4.5 无导叶片流场数值模拟
• 4.6 改进导叶片数值模拟及结果分析
• 4.7 小结
• 第五章 风力通风机涡轮流场数值模拟
• 5.1 涡轮模型建立
• 5.2 网格划分
• 5.3 FLUENT数值计算
• 5.4 计算结果与分析
• 5.4.1 速度分布
• 5.4.2 压力分布
• 5.4.3 进出口质量流率
• 5.4.4 风速对流场的影响
• 5.4.5 转速对流场的影响
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢