清雪车抛雪离心风机特性与结构优化研究

论文摘要

本文以吉林大学与沈阳山河工程机械厂合作研究项目“多功能清雪车研发”为依托，采用CFD（Computational Fluid Dynamics）技术对抛雪离心风机内部气固两相流动进行三维数值模拟分析，研究其内部抛雪过程的两相流动现象，初步揭示了气固两相流场的速度和压力分布，并对抛雪离心风机的结构进行优化计算和分析。本文阐述了积雪的物理机械性质；对抛雪离心风机的相关设计参数进行了分析和计算；分析了气固两相流动研究中使用的数值模拟方法，给出了CFD中的几种多相流模型，并选出了适合本文的多相流模型；运用三维建模软件建立了离心风机三维模型，为了简化建模和网格划分的过程，对离心风机的结构、工作状况及流动区域等作了一定的假设，忽略了一些非重要因素；利用网格生成工具生成流动区域的计算网格模型，在此基础上对CFD软件中提供的求解器、速度-压力耦合算法和离散格式进行了分析对比，选择了适合本文的方法，设置边界条件，进行数值模拟计算，得到了抛雪离心风机的速度场和压力场的分布情况，并对流场进行分析；基于数值模拟结果，对抛雪离心风机的结构进行了优化计算和分析。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外清雪车发展现状与趋势
• 1.2.1 国外清雪车发展现状
• 1.2.2 国内清雪车发展现状
• 1.2.3 清雪车发展趋势
• 1.3 气固两相流模拟研究进展
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 抛雪离心风机工作原理与参数分析
• 2.1 积雪的物理力学性质
• 2.1.1 积雪的分类
• 2.1.2 积雪的密度
• 2.1.3 积雪的摩擦系数
• 2.2 清雪方法与清雪车分类
• 2.2.1 清雪方法
• 2.2.2 清雪车分类
• 2.3 抛雪式清雪车工作原理
• 2.4 抛雪离心风机参数分析与计算
• 2.4.1 牵引主机性能参数与设计要求
• 2.4.2 抛雪液压马达基本参数计算
• 2.4.3 抛雪离心风机结构参数分析
• 2.4.4 抛雪离心风机基本性能参数分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 气固两相流动模型与数值模拟方法
• 3.1 两相流动的定义及基本特征
• 3.1.1 两相流的定义
• 3.1.2 两相流的分类
• 3.1.3 两相流的特点
• 3.2 数值模拟与计算方法
• 3.2.1 数值模拟模型与方法
• 3.2.2 数值计算方法
• 3.3 多相流模型
• 3.3.1 CFD 中的多相流模型
• 3.3.2 多相流模型的选择
• 3.4 湍流模型
• 3.4.1 湍流流动的特征
• 3.4.2 湍流基本方程与数值模拟方法
• 3.4.3 Reynolds 平均法
• 3.4.4 湍流模型的选择
• 3.5 两相流动的基本控制方程
• 3.5.1 体积分数
• 3.5.2 守恒方程
• 3.6 本章小节
• 第4章 抛雪离心风机气固两相流数值模拟
• 4.1 三维实体模型的建立
• 4.2 流道几何模型的建立
• 4.2.1 分析中的基本假设
• 4.2.2 几何模型的建立
• 4.3 流道网格模型的建立
• 4.4 流场的数值计算
• 4.4.1 整体计算步骤
• 4.4.2 数值模拟算法的选择
• 4.4.3 边界条件的设置
• 4.4.4 收敛准则
• 4.5 离心风机流场模拟结果分析
• 4.5.1 流场压力分布
• 4.5.2 流场速度分布
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于数值模拟的离心风机结构优化
• 5.1 离心风机结构改进的设想
• 5.2 离心风机叶片个数的优化
• 5.2.1 不同叶片数风机实体模型和流道模型的建立
• 5.2.2 不同叶片数风机流道网格模型的建立
• 5.2.3 不同叶片数风机流场的对比分析
• 5.3 离心风机叶片倾角的优化
• 5.3.1 不同叶片倾角风机实体和流道模型的建立
• 5.3.2 不同叶片倾角风机流道网格模型的建立
• 5.3.3 不同叶片倾角风机流场的对比分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• Abstract