風(fēng)機的模型簡化和網(wǎng)格的劃分方法

作者：石家莊風(fēng)機　　　　　日期：2014-10-17　　　　　瀏覽：968　　　　　

(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(shù)7,和進口瑞流動能耗散率在本文中,釆用質(zhì)量流量(mass-flow-inlet)條件,方向為垂直于進口邊界,利用設(shè)定進口流速不同來模擬風(fēng)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(shè)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(jīng)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(shù)的設(shè)定同樣釆用設(shè)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(nèi)壁、導(dǎo)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(dāng)壁面靜止時(如管道面),壁面處速度為零;當(dāng)壁面旋轉(zhuǎn)時(如葉片表面),壁面處流體與壁面的相對速度為零。在風(fēng)機建模時將整個風(fēng)機分為了動(葉片部分)、靜(電機和后導(dǎo)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(nèi)部,將其定義為

mixing plane,起到計算數(shù)據(jù)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(guān)鍵是構(gòu)造壓力修正方程和速度修正方程,半隱式技術(shù)通過簡化使壓力修正方程只包括四個網(wǎng)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(fēng)機流場分析和性能改進》中的方法,不同的是該論文釆用風(fēng)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(fēng)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(zhǔn)確性。

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

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