轴流风机的节能研究与数值模拟

【摘要】：在提倡可持续发展、节约能源的大背景下,本文从整体入手,综合分析影响风机性能的因素。通过对当下关于轴流风机节能效果的研究,包括风机的运行调节节能和设计节能,首先分析轴流风机的设计节能的原理以及计算方法(流型设计和结构设计),并分别建立轴流风机的最优流型的气动设计模型和最优结构设计模型,其次对比分析各种运行调节的调节原理、节能效果、适用范围以及投资大小等。 在满足轴流通风机设计参数的条件下,采用工程设计方法一一孤立叶型法,分别用等环量指数、变环量指数设计一台轴流风机,进而结合最优化理论设计最优环量指数时的风机,最后运用GAMBIT对所设计的三台轴流风机完成三维建模。 在风机的节能设计环节,本文借助先进的CFD技术,对影响轴流风机性能的主要参数进行对比模拟,同时观测风机内部流动情况。通过对比分析三种设计方法的合理性以及最优环量下的节能效果,继而寻找一条提高风机效率、降低设计成本从而实现风机节能的途径。 在风机的节能运行环节,本文同样借助CFD模拟,对本文所优化的风机进行工频和变频下的对比模拟,考察变频调速在风机的运行调节中的节能作用,从而为风机运行的节能研究提供依据。 本课题中,通过对不同环量指数情况下的功率、压力以及效率的对比分析,发现采用最优化环量指数所设计的轴流风机其节能效果要明显好于其它两种方法。通过分析云图发现风机叶轮尾部涡流和叶顶尾迹涡流也会对风机的节能效果产生影响。而对于采用了变频技术进行运行调节的风机,其节能效果也要好于改变管网特性曲线的运行方案,这也论证了变频调速在风机的运行调节中具有良好的节能效果。 【关键词】：轴流风机 运行节能 设计节能 数值模拟
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH432.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 风机节能的研究现状12-13
• 1.3 本文创新与任务13-15
• 第2章 轴流风机的节能优化设计15-29
• 2.1 轴流风机气动优化方程式的推导15-19
• 2.2 轴流风机最优流型的优化计算19-23
• 2.2.1 轴流风机径向平衡方程的推导19-20
• 2.2.2 轴流风机最优流型优化变量20
• 2.2.3 轴流通风机最优流型气动设计的约束条件20-22
• 2.2.4 环量指数对轴流风机流型设计的影响22-23
• 2.3 轴流通风机结构参数的优化计算23-28
• 2.3.1 风机主要结构参数23-27
• 2.3.2 风机主要结构参数的优化27-28
• 2.4 轴流通风机的多目标优化设计28-29
• 第3章 轴流风机的节能运行29-47
• 3.1 非变速调节29-32
• 3.1.1 节流调节29
• 3.1.2 入口导叶调节29-31
• 3.1.3 动叶调节31-32
• 3.2 定速电动机的变速调节32-35
• 3.2.1 液力耦合器32-33
• 3.2.2 油膜滑差离合器33-34
• 3.2.3 电磁转差离合器34-35
• 3.3 交流电动机的变速调节35-42
• 3.3.1 鼠笼式电动机调压调速36-37
• 3.3.2 鼠笼式异步电动机的变极调速37
• 3.3.3 鼠笼式异步电动机的变频调速37-39
• 3.3.4 绕线式异步电动机转子串电阻调节39
• 3.3.5 绕线式异步电动机转子串电势的串级调速39-40
• 3.3.6 绕线式异步电机的同步化40
• 3.3.7 同步电动机调速40-41
• 3.3.8 开关磁阻电机41-42
• 3.4 各种调速方式的综合性能分析42-47
• 第4章 轴流风机的气动设计计算47-57
• 4.1 等环量指数为1时的轴流风机气动设计47-52
• 4.1.1 基本参数的确定47-48
• 4.1.2 选择电机功率48
• 4.1.3 轮毂比和轮毂直径的确定48-49
• 4.1.4 各基元截面气流参数和空气动力负荷系数的计算49-50
• 4.1.5 各截面叶片几何尺寸的选择计算50-51
• 4.1.6 集流器的计算51-52
• 4.2 变环量指数为0.3时的轴流风机气动设计52-55
• 4.2.1 基本参数的确定52
• 4.2.2 各计算截面叶片环的气流参数和空气动力负荷系数的计算52-54
• 4.2.3 叶片的绘制54-55
• 4.3 优化环量指数为0.6时的轴流风机气动设计55-57
• 第5章 轴流风机数值模拟与分析57-73
• 5.1 计算流体力学基础57-59
• 5.1.1 流体力学的基本控制方程57-58
• 5.1.2 湍流模型58-59
• 5.2 Fluent软件的简介59-60
• 5.3 风机三维模型建立与网格划分60-62
• 5.3.1 三维模型建立60-61
• 5.3.2 计算区域与网格划分61
• 5.3.3 参数的设置61-62
• 5.4 模拟结果对比与数值分析62-66
• 5.5 最优环量指数为0.6时的数值模拟与分析66-70
• 5.6 最优环量指数时的变频调节与阀门调节对比模拟70-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-78
• 致谢78

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