水力石家莊風機廠風機的多流場賴合研究

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水力石家莊風機廠風機的數值模擬和設計研究
隨著計算流體力學的發展,CFD技術優勢愈加凸顯。CFD技術不僅可以節省研究開發成本還可以縮短開發周期,為流體機械的設計和性能優化提供了強有力的技術支撐,已被廣泛應用于工程中本文將CFD技術應用于某型船用消防防爆便攜式水力石家莊風機廠風機的研究,填補了目前國內便攜式水力石家莊風機廠風機數值研究的空白。
1.3.2水力石家莊風機廠風機的多流場賴合研究
在對水力石家莊風機廠風機進行設計研究前,需要對水力石家莊風機廠風機的性能特點有清晰的認識。水力石家莊風機廠風機的核心是水輪機和石家莊風機廠風機,水力石家莊風機廠風機的性能特點主要由這二者決定。水輪機的主要性能參數有水頭、水流量、轉速和功率,石家莊風機廠風機的主要性能參數有風壓、風量、轉速和功率。當進口水壓一定,水輪機和石家莊風機廠風機的主要性能參數均為定值。由于水禍輪和石家莊風機廠風機葉輪采用同軸設計,所以水輪機和石家莊風機廠風機轉速時刻相同,兩者的工況相互牽制和影響。由于分開模擬計算水輪機和石家莊風機廠風機并不能得到水力石家莊風機廠風機整個系統的運行工況,因此迫切需求通過水輪機和石家莊風機廠風機流場之間的耦合數值模擬計算來預測水力石家莊風機廠風機的工況。
宋少云描述了五種禍合分類方法并對常見的十種基本賴合場進行了詳細分析[35]。水力石家莊風機廠風機的耦合不在十種基本輔合場之中,為多流場賴合,但其他賴合方法可為本文耦合方法的研究提供參考依據。于海波利用Fluent軟件的UDF功能首次對復合式水力旋流器禍合流場進行了數值模擬,并得到了旋流器內部流場的速度、壓力、瑞動能及其耗散律分布特性規律[36]。張彪針對超音速飛行的高空遠程無人機尾噴焰的對流和轄射耦合換熱問題,應用Fluent軟件的UDF功能實現了Fortran和Fluent軟件的混合編程[37]。張尉林采用VB語言對三維計算流體動力學軟件SC/Tetra和有限元分析軟件ANSYS編寫了弱耦合分析的接口程序,并對某柴油機塑料冷卻風扇進行了數值模擬研究,該方法計算得到的風扇流量更接近試驗值 P8]。
1.3.3水力石家莊風機廠風機的水力和氣動設計數值研究
目前對水力石家莊風機廠風機性能的研究較少,但是有較多關于水輪機或者石家莊風機廠風機的研究,可為本文工作提供參考和借鑒。本文研究的水輪機按照工作原理是沖擊式水輪機,驅動動力是消防水,屬于特殊用水輪機[39],其結構接近于斜擊式水輪機,但不同于典型的沖擊式水輪機結構。主要區別有以下幾點:水輪機葉片為直葉片;水禍輪完全浸入水中;水禍輪出口能量有回收裝置;噴嘴通過直接打孔實現等。周嘵泉、周文桐論述了水斗式水輪機的直徑比與水斗式水輪機的水斗數、噴贊數等物理量之間的關系【4"^]。朱清象提出了研制高效率斜擊式水輪機轉輪的五大途徑和影響斜擊式水輪機效率的四大因素Monique等利用Fluent、CFX軟件對水斗式水輪機不同射流入射角下的固定水斗內的流動進行了數值模擬和比較[42]。陳匯龍等針對非常規水輪機的特點及特殊的結構型式,首次利用Fluent軟件建立了流動模型,并通過數值模擬和試驗對比對對導水部件出流及其出口至轉輪前的流動進行了研究[43]。符杰、宋文武等利用CFD技術對雙噴贊斜擊式水輪機內部流動進行了數值模擬,通過計算結果分析優化了轉輪斗葉,得到了優化后水輪機內部流動情況[44】。德國的Carolus和Beiler等[45]采用三維N-S模擬方法研究了葉片的軸向彎曲和弦長方向的葉片彎掠對石家莊風機廠風機流場的影響,并與試驗值相比較,驗證了試驗數據的有效性。費里鮑夫與王仲奇共同提出了一種新的葉片成型方法一葉片的彎曲扭轉聯合氣動成型【46】。李本立等用計算機將風筒試驗和理論計算緊密結合,提出了研究石家莊風機廠風機翼型的新方法一虛擬風筒法,這種方法得到的試驗數據與石家莊風機廠風機實踐更加吻合[47】。北京航空航天大學的錢瑞戰等將二維N-S方程流場分析程序和序列二次規劃結合起來,發展了 一種軸流通石家莊風機廠風機翼型設計方法[48]。