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          風機內空氣流動仿真研究
          發布日期:2015/8/10
            風機內空氣流動仿真研究林近山,馬汝建,趙東,范勇濟南大7機程學院,山汾南3,空氣流動進行防真分析,得到流體的速度壓力的分布,并對風機出口處的速度場進行了數值模擬,為風機的優化設計提供了依據。
            風機有著廣泛的用途,現階段人們對風機內的空氣流動和出口處的流場分布情況還不是很清楚,因而無法為風機結構的合理設計材料的選用及布流提供蔌。淪依據33是種融結構熱流體電磁和聲學于體的大型通用有限元軟件,廣泛應用于水利鐵路汽車造船流體分析等工業領域,可在微機或工作站上運行,能夠進行應力分析熱分析流場分析電磁場分析等多物理場分析及耦介分析。并且具有強人的前17處理功能。1的流場分析求解模塊札01基于能量守恒質量守恒和動量守恒,求解流場速度卡力溫度分布等參數。利用六,軟件對4機內和出1處的流場進行仿真分析。能夠為4機結構的合,設計村料的選用及布流提供理論依據。他迎過對個風機內的維空氣流動場1流場的數學模型l.l能量守恒方程6違度小于向蟲,流動+十分接近物畫。,闈1;單形式的空氣流動可定義為具有常密度和沒有質點旋轉的運動,這是運動空氣的個非常好的近似,伯努利6,咿方程給出了速度和壓力13的變化尸+女=常數,其中尸是空氣的靜壓,是常位密度,而+時叫做動,靜壓與動壓之和為常數,滿足能量守恒定律。   1.2連續性方程在上述空氣流動中,可以從勢函數導出空氣速度,在每點勢函數有唯值,F建立直角坐標系,則仟柯點的,度,分別平行于17軸的速度分量和〃來。由速度勢梯度可給出這些分請,佐位于假想等勢線上的所有點具有相同的速度勢函數值。這個等勢線處處垂直于穿過它的流線勢函數必須滿足拉普拉斯兒叩方程+=,這說明對于流場中任何個區域,當其中沒有空氣積聚時,流入它的空氣必定等尸流出它的空氣?梢聻+=,這就足連續性方捏滿足質量守恒定律。
            1.3動量方程動量方程是動量定理在流體力學中的應用,用千計算流體對限制其流動的同體壁面的作力。動量定理指出,作用于質點系的外力等于該質點系在力作用方向上的動量變化率2.
            設6流管中每單位時間內的重量流量,根據連續方程得山,=沿,12=61化為7動量方,1.4邊界條件分析時假定進口速度均勻并且垂直于進口方向1上的流體速度為零。在所有邊界上施收稿日期基金項目山東交通科技項目資助林近山1978,男,山東壽光人,濟南大學機械工程學院碩士生;馬汝建1956,男,山東章丘人,濟中近似認為空氣性質是常數,即不隨溫度而變化,可得到足夠精確的解。在這種情況下,壓力就可只考慮相對值14.根據實際情況,在離風機出口相當遠個寬度與風機出口寬度相比相當大,與出口距離相當遠的假想邊界,29,10,12,13即為所紐的邊界,可以設定上的靜壓力為零。
            9,10,12,13上的速度分量為零。
            析。在頻83中建立維模型3.
            出口2模擬仿真應用有限元分析軟件姻33對風機出口的速度分布進行仿真分析。風機基本參數如下風機外形尺寸1.空氣件湞常數為密度為2,5 3,粘度系數為1.81父51.8,進口速度設為加,空氣的雷訪數為心陽⑴為空氣密度為空氣速度為風機直么為空氣粘度系數。由計算可知空氣的雷諾數大于3所以流場是湍流模型。為了得到較為精確的結果,使用映射網格劃分,它能在邊界上更好的保持恒士的網格特性。
            2.1謂33模型的建立及仿真2.l.l模型單元選擇及建模1.2在模型上施加邊界條灃邊界條件的施加包括速度山度和樂力。邊界條件的施加考慮如下進速度均勻,=垂直于進口速度方向上的速度分量為零,所有邊界上的速度分量為零,假想邊界01上的靜壓力為零,9江10,12,13上的速度分量為零。
            2.1.3設定叮刀141單元參數為使仿真達到更逼真的效果,模型網格劃分采用映射網格劃分法而+采用山網格劃分法1禮0丁1梭塊中的幾1也141甲兒分析空氣流動的參數設定包括層流湍流模型選擇迭代次數收斂準則及空氣的相關特性。網格劃分結果3.
            2.1.4結果后處理對所得到的結果進行后處理,得到流場出口的速度及壓力分布。
            2.2仿真結果及分析的是變量速度包括壓力,冊3動能自山度動能耗卞剛1由度的收斂監測,橫坐標迭代次數,縱坐標收斂標準位,收斂監測明求解貨的1北改變率,從中可以看出變量計算達到了歸化收斂,變量計算結果收斂,求解完成以。
            6為風機出口的壓力曲線,7為風機出口速度矢量。由5可以看出風機內的流場未得到充分發展。由6可出口兩側出現負低壓,中間偏右位置出現正高負低壓位置出現渦漩,正高壓位置出現高速氣流,這與速度矢量相吻合。由7可以看出,風機出口處形成了明顯的速度梯度,由于流場內存在紊流,所以在出口的左右兩側形成了渦漩。
           ;Ytl這可以從風機口的壓力曲線以到驗證。
            橫坐標為迭代次數,縱坐標為收斂標準值橫坐標為出口路徑,縱坐標為出口速度橫坐標為出口路徑,縱坐標為出口壓力3結論利用。8軟件對風機1的流場進行模擬仿真,特別對風機出口的速度分布進行了分析,分析結果與實際基本致,為風機結構的合理設計材料維流場仿真分析提供了參芩依據。
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