贯流风机的数值模拟(毕业论文封面+毕业论文致谢) 第5页
第三章 数值计算
本次数值计算应用的是FLUENT 6.0计算流体动力学软件，模型的建立用的是GAMBIT 2.0。
§3.1 模型的建立及网格的划分
§3.1.1 结构的简化和求解区域的划分
由于贯流风机的叶轮为一轴向很长的筒状结构，当不考虑扇叶斜向分布的情况并忽略边缘效应时，可忽略空气的轴向流动。因此，就可以把实际贯流风机的3D流动问题，简化为2D问题进行数值计算。所以，在建立模型时，只要取贯流风机的任意截面作为建模的对象就可以了，这样建立的模型就是2D的了。在建模的时候，把整个风机外壳的进口和出口的流道加长，并且加大进口和出口处的流道的宽度。这样会使流入的气流，在到达风机叶轮之前，其各项参数在垂直于流道的截面上就已经基本保持均匀。对于出口处，由于真实的贯流风机系统，气体流过贯流风机后，经过很短的流道就射入室内。为了能比较真实的模拟气流的运动，所以把出口处的流道也加长，也加宽，这样气流在流过风机后，就会有一段扩张段，比较符合实际的情况，便于初始条件的给定和求解（见图3-1）。
建立模型时，求解区域的划分采用如下办法：把整个贯流风机系统化为三个求解区域。风机叶轮以外的流动区域为第一个求解区域；风机叶片在旋转时所形成的环形区域为第二个求解区域（这次建模的时候，考虑了叶片的形状，所以
图3-1 贯流风机的2D计算结构与求解区域的划分
这个环形区域去除了叶片自身截面的面积）；风机叶轮的内部流动区域为第三个
求解区域（见图3-1）。由以上的三个区域联合起来组成整个贯流风机系统的求解
区域。
§3.1.2 求解区域网格的划分
在以上所建立模型的基础上，根据此模型中，风机是要转动的特点，建立以转子、流道及边界为类型的动、静和边界的三层网格。由于模型边界的复杂性，为了保证在边界处网格良好的贴体和光滑，采用非结构三角形网格。整个求解区域共计生成了26592个网格单元。其中，由第一个求解区域和第三个求解区域组成静态网格区，其网格单元为10424个；第二个求解区域为动态网格区，其网格单元为16168个。所生成的网格见图3-2。网格是应用GAMBIT 2.0软件生成的。由网格图可以看到，在模型的入口和出口处的网格比较稀疏，接近风机叶轮时网格开始加密，在叶片与叶片之间的流道内网格是最密的。网格由疏到密的过渡基本平滑，没有明显的跳跃。
图3-2 计算网格的划分
图3-3 风机周围局部网格放大
图3-4 叶片附近网格细节的放大
§3.2 求解方法与过程
本次数值计算应用的是FLUENT6.0计算流体力学软件，进行2D-SIMPLE方法求解，采用 湍流模型。计算时，解的初始条件和边界条件基本上是都是参考实际的工作条件和测试条件给定的。但为了使数值计算的结果能与实验值相符合，设置边界条件和初始条件时，在允许的范围内作了部分的修正。初始条件与边界条件的具体设置为：取进口和出口的边界类型都为压力条件的边界类型，采用一阶稳定分离计算，取空气的密度为：1.225 ，进口和出口处都取 水力直径：0.05m；湍流密度：5%；静压都为：1atm；给进口处一点动压： ；出口动压为： ；转速为： 。计算的收敛条件为：连续性： ；X、Y方向速度： ；k： ；epsilon：