離心風(fēng)機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化及旋轉(zhuǎn)失速機(jī)理研究.pdf

1、風(fēng)機(jī)屬于通用機(jī)械范疇，在國民經(jīng)濟(jì)的各部門應(yīng)用十分廣泛。尤其在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)是保證電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要設(shè)備之一，因此對其經(jīng)濟(jì)性和安全性兩個(gè)方面進(jìn)行研究具有重要意義。本文以G4-73型離心風(fēng)機(jī)為研究對象，采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，在分析風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理及結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用遺傳算法對風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)高效葉輪及旋渦破碎裝置，并深入研究旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理及流體動(dòng)力學(xué)特征。主要研究內(nèi)容及成

2、果如下：
　　 (1)離心風(fēng)機(jī)流場動(dòng)力學(xué)特征研究及參數(shù)化數(shù)值計(jì)算平臺開發(fā)。在分析網(wǎng)格劃分策略及湍流模型等對計(jì)算精度的影響基礎(chǔ)上，對離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場特征進(jìn)行了數(shù)值研究及熵產(chǎn)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能預(yù)測和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，湍流耗散是引起熵產(chǎn)的主要原因，而粘性耗散的影響幾乎可以忽略，其中葉輪體內(nèi)熵產(chǎn)最大。在確定計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，采用VB編程語言開發(fā)了基于參數(shù)化的離心風(fēng)機(jī)數(shù)值計(jì)算平臺，包括參數(shù)化建模、F

3、LUENT計(jì)算及數(shù)據(jù)分析三個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)了葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)幾何建模、高質(zhì)量網(wǎng)格生成、計(jì)算模型設(shè)置、后處理及數(shù)據(jù)庫查詢等功能的完全自動(dòng)化與一體化，為深入研究葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對風(fēng)機(jī)性能的影響奠定了基礎(chǔ)。
　　 (2)離心風(fēng)機(jī)性能的多目標(biāo)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究?；趨?shù)化數(shù)值計(jì)算平臺研究了葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)包括葉片數(shù)、葉片出口安裝角和葉輪出口寬度等對風(fēng)機(jī)性能的影響規(guī)律。設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)構(gòu)造訓(xùn)練樣本，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了離心風(fēng)機(jī)性能參數(shù)預(yù)測模型，并利用

4、遺傳算法對風(fēng)機(jī)全壓和效率進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，獲得了新型葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的正確性，對加裝新型葉輪的風(fēng)機(jī)分別進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，加裝新型葉輪后風(fēng)機(jī)全壓和效率提高，且高效區(qū)拓寬，在65％～100％相對流量范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)噪聲降低。
　　 (3)風(fēng)機(jī)蝸殼流場動(dòng)力學(xué)特征分析及優(yōu)化。研究了離心風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)蝸殼內(nèi)部存在螺旋向前推進(jìn)的類S型大型旋渦運(yùn)動(dòng)?；跍p小流動(dòng)損失和泄漏損失的思想，設(shè)計(jì)了一種旋渦破碎裝

5、置。對加裝漩渦破碎裝置前后的風(fēng)機(jī)分別進(jìn)行了數(shù)值模擬及性能和噪聲實(shí)驗(yàn)。模擬結(jié)果表明，加裝旋渦破碎裝置后，大尺度旋渦得到破碎且強(qiáng)度減弱，蝸殼體內(nèi)熵產(chǎn)明顯降低，泄漏損失減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加裝旋渦破碎裝置后，相對流量大于45％時(shí)，風(fēng)機(jī)全壓明顯增大，且高效區(qū)拓寬；風(fēng)機(jī)噪聲降低，且在最高效率點(diǎn)處，風(fēng)機(jī)中、低頻段噪聲明顯降低。
　　 (4)離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速動(dòng)力學(xué)特征的機(jī)理研究?；诰帉懙腢DF節(jié)流閥函數(shù)對離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，