風機的模型簡化和網格的劃分方法

作者：石家莊風機　　　　　日期：2014-10-17　　　　　瀏覽：921　　　　　

(1)進口邊界條件:一般要求給出進口處的速度、壓力等條件,對于葉輪流場等瑞流流場計算還需要給定進口條件,如k-s 二方程要求給出進口平均動能、進口端流枯性系數7,和進口瑞流動能耗散率在本文中,釆用質量流量(mass-flow-inlet)條件,方向為垂直于進口邊界,利用設定進口流速不同來模擬風機在不同工況下運行。Fluent軟件中,可以通過四種方法定義瑞流方程中的瑞流動能々和瑞流動能耗散率￡,本文中采用設定瑞流強度和水利直徑,作為方程的已知量,進口邊界處的瑞流動能yt和瑞流動能耗散率e的值分別由下式計算得到:式中,為經驗常量,為進口截面處的平均速度,D為進口管路的水利直徑。

(2)出口邊界條件:一般取充分發(fā)展后的條件或由上游速度推算得到。本文中釆用出口壓力邊界條件(pressureoutlet),定義出口壓力相對于大氣壓為0,方向為垂直于出口截面,瑞流參數的設定同樣釆用設定瑞流強度和水利直後作為方程已知量的方法。

(3)固壁邊界:包含流體和固體的表面。本文中的管道內壁、導流罩表面、穀表面和葉片表面等均取壁面邊界條件(wall),選擇無滑移固壁邊界條件,即壁面的流體速度與壁面該處的速度相同,法向速度為零。當壁面靜止時(如管道面),壁面處速度為零;當壁面旋轉時(如葉片表面),壁面處流體與壁面的相對速度為零。在風機建模時將整個風機分為了動(葉片部分)、靜(電機和后導流器部分)兩部分,兩部分流體間也存在邊界,此邊界存在于流體內部,將其定義為

mixing plane,起到計算數據傳遞的作用。

(4) SIMPLE 算法

SIMPLE 是英文 Semi-Imp丨icit Method for Pressure-Linked Equations 的縮寫,即"求解壓力耦合方程組的半隱式方法”。SIMPLE算法的關鍵是構造壓力修正方程和速度修正方程,半隱式技術通過簡化使壓力修正方程只包括四個網格點上的壓力修正。SIMPLE算法的基本思想是釆用"猜測-修正"的方法來計算壓力場,然后求解動量方程(N-S方程)。

本文釆用的模擬方法是沿用論文《軸流風機流場分析和性能改進》中的方法,不同的是該論文釆用風機整機模型進行計算,本文釆用Z分之一模型,該論文對同類風機的模擬進行了詳細介紹和實驗驗證,論證了該模擬方法的準確性。

本章首先介紹了軸流風機的基本理論知識,簡述了風機的工作過程、性能參數和性能換算等相關內容,為后文中對軸流風機的性能評定和流場分析奠定了理論基礎。

然后又介紹了計算流體力學的相關知識,主要為計算流體力學的控制方程,又簡要介紹了本文所釆用的數值模擬方法。最后對軸流風機的幾何和網格模型進行了說明,其中涉及風機的模型簡化和網格的劃分方法,為后文中進行的軸流風機的流場和氣動性能模擬打下了理論基礎。（22w）