不完全蜗壳的CFD分析及优化设计
蜗壳设计和优化
蜗壳设计和优化对于大多数径流式叶轮机械来说，蜗壳都是不可或缺的。
蜗壳一般需要定义多个横截面，这些横截面都是2D曲线并沿着圆周方向进行扫略。
一般而言，在泵和涡轮增压器中都包含蜗壳和叶轮。
对于泵和压气机而言，蜗壳的作用是，通过降低介质的速度，将其动能转化为压力势能，从而使其压力增加。
然而涡轮的蜗壳却有着相反的功能，即将废气的压力势能转化为动能（来驱动叶轮）。
CAESES是利用CFD进行自动化形状优化的先进的蜗壳设计优化工具。
其先进的参数化蜗壳模型，具有较高的稳定性，并通过高度自动化的流程能够节省您大量的工作时间。
在CAESES里创建的参数化蜗壳模型设计蜗壳的挑战系统的蜗壳流动优化是一项耗时的工作，通常这是一个反复迭代过程。
CFD 工程师会对一个之前由CAD部门设计创建的模型进行分析，得到分析结果后CFD工程师向CAD同事介绍如何改变形状，CAD工程师调整模型，并将其返回给CFD工程师。
这个循环可能需要花费几天甚至几周的时间，直到一个新的（性能改进的）蜗壳被开发出来。
考虑到（加入）其他部件（如叶轮和扩压器）能有更好的性能预测，那么情况将变得更加复杂。
理论上，CAESES能有效地将这项工作的耗时从几个月缩短到几天。
蜗舌模型这是主涡壳表面分别与入口（涡轮）或出口（压缩机）几何相交的区域。
CAESES提供各种技术和解决方案，为您解决这个棘手的工作。
这极大地加速了蜗舌几何的建模过程，并使得最终的蜗壳在自动化变形和优化期间绝对稳健。
稳健的蜗舌模型应用于自动化变形和优化过程横截面的定义CAESES中可以自定义横截面2D型线的形式，或导入现有数据以将其转换为参数化截面。
蜗壳通常由典型的分布规律控制，例如A/R比率，这些都可以在CAESES中进行设定。
CFD专家通常想要尝试自己的一些想法，并考虑更多与流动过程相符的形状控制。
这些想法和任意几何约束都可以在CAESES高度集成的蜗壳模型中直接考虑进去。
用户自定义2D横截面任意蜗壳模型的解决方案无论您使用的是何种设备或者您的蜗壳模型有多么复杂，对于全自动化模型优化，CAESES都是一个理想的选择，它可以节省您大量的时间和人力资源。
水轮机蜗壳的优化设计与CFD分析
水轮机蜗壳的优化设计与CFD分析王飞;王庆方;王勇军;李征;光斌【摘要】采用变速度矩法进行水轮机蜗壳的水力设计,在此基础上以变速度矩系数为设计变量,以蜗壳水力损失最小为目标函数建立数学模型,应用混合惩罚函数法针对实例进行优化设计,采用CFD数值模拟计算,将优化设计结果与传统设计结果进行比较分析,结果表明:采用变速度矩法设计的蜗壳尾端压力和水流流速都分布均匀,水力损失小,性能优越.%The hydraulic design of spiral cases of water turbines is conducted by means of the variable velocity moment method. On such a basis, a mathematical model is established by considering the coefficient of variable velocity moment as the design variable and the least hydraulic losses of spiral cases as the objective function. The mixed penalty function method is employed for the optimization design of a case study, and it is numerically simulated by use of CFD technology. The optimization results are compared with the traditional design ones. A conclusion is drawn that the pressure on spiral cases and flow velocity are both uniformly distributed after designed by the variable velocity moment method. The hydraulic losses are small, and the hydraulic performance is superior.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2012(032)005【总页数】4页(P86-88,94)【关键词】水轮机;蜗壳水力损失;CFD分析;变速度矩法;优化设计【作者】王飞;王庆方;王勇军;李征;光斌【作者单位】国家泵类产品质量监督检验中心,山东淄博255200;国家泵类产品质量监督检验中心,山东淄博255200;淄博市博山区产品质量监督检验所,山东淄博255200;淄博市博山区产品质量监督检验所,山东淄博255200;淄博市博山区产品质量监督检验所,山东淄博255200【正文语种】中文【中图分类】TK730.2蜗壳是水轮发电机组的重要组成部件，对整个机组的性能有着很大的影响。
不完全蜗壳的三维结构化网格划分及粘性流数值模拟
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原型蜗壳与优化蜗壳的特性对比
首先计算分析了一个已有的蜗壳 （ 称为原始蜗
壳） ， 选择了导叶中心水平面上作为特征平面， 特征平 面上速度分布如图 ) 所示。 从图 ) 清晰可见， 在蜗壳出 口附近区域非蜗型部分及鼻端较其他部分速度明显 高； 同一圆周上速度方向与圆周切向夹角变化很大， 这 流量沿圆周分布不均； 固定导叶进 两个特点表明： %） #） 口可能存在较大冲角。这是非完全蜗壳的共性，尤其 是第 %） 点。基于此， 在对蜗壳优化设计过程中， 须从两 个方面考虑： 使流量沿圆周分布尽量均匀。 使固定 %） #） 导叶进口圆周上的液流角与固定导叶安放角一致，冲 角接近零。本文计算过程中，布置的原型蜗壳和优化 蜗壳的固定导叶的形状和安放角以及在圆周的位置是 一样的，这样做的目的就是为了考察蜗壳形状对机组 优 性能的影响。 图 " 为优化蜗壳特征面上的速度分布。
系列计算节点
系列 ! @!!)$ 系列 ( %$%#9E 系列 ) %!E#$$
系列 # ((9%9
与表 # 节点对应，图 9 中的 ) 条线分别为不同节 点数下的同一圆周、同一几何区液流角随包角变化关 系曲线， 从图中可见节点数为 %$%#9E 和 %!E#$$ 的液流 角的变化已经十分接近。从这一意义上说，对于此类 问题， 节点数定位在 %$$$$$ 左右是合理而经济的。 下面从另一特征量数值能量损失来考察节点数的 影响， 图 @ 为损失随节点的变化关系曲线。 从图 @ 可见，节点数大于 %$$$$$ 以后，数值能量 损失几乎不变。从以上两个特征参量都可以得出合理 的节点数为 %$$$$$ 左右。
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不完全蜗壳的三维结构化网格划分及粘性流数值模拟
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蜗壳内部含沙水两相流动的CFD模拟分析
（ 兰州理工 大学 流体动力与控制学院 ， 甘肃 兰州 ７０ ５ ） ３０ ０
摘
要 ： 于 Ｎ— 基 Ｓ方程 ， 对水轮机金属蜗壳在清水和含 沙水两相流动时的内部流场进行 了全三维
Ｃ Ｄ数值模 拟 ， Ｆ 输送 清 水介质 时采 用标 准 ｋ 湍流 模 型 ， 送 含有 固体颗 粒 的含 沙 两相介 质 时 采 一 输 用 ｋ一 Ａ 占一 ｐ模型 ， 用 笛卡儿 坐标 、 采 混合 四 面体 非结构 网格 和 ＳＭＰ Ｅ算 法进 行计 算 ， 示 了含 沙 Ｉ Ｌ 揭 水两相 流体 在 水轮 机 引 水部件 中的运动 规律 ， 分析 了水轮 机 蜗 壳 内部 流场 两相 流动机 理 ， 对蜗 壳 内 部 泥 沙磨 损 进行 了预 测和 分析 ， 出的模 拟 结果 与 实际 电站 的 资料 基 本 吻合 ， 明利 用 Ｃ Ｄ模 拟 得 说 Ｆ
ｔ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓ ｎ ｘ ｄ ｅ ｅ ｎ ｙ ｅ ｕ ｓ ｕ ｔ ｒ ｄ ｇ ｌ ｓ ｉ ｈ ａ ｔ ｓ ｎ ｓ ａ ｅ ｗ ｒ ｄ ｐ ｅ ． Ｗ ｈ ｎ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉ ａ ｍｉｅ ｌｍｅ ｔ ｔｐ ｎ ｔ ｃｕ ｅ ｒ ｎ ｔ ｅ Ｃ ｒ ｉ ｐ ｃ ｅ ｅ ａ ｏ ｔ ｄ ｏｌ ｒ ‘ ｄ ｅ ａ ｅ
ｐ ｒｃ ｓ ｔｅｋ一 一 ｐｍ ｄｌ ａ ｓｄ Ｔ ｅ ｖｍｅｔ ｈｒｃ ｒ ｔ ｓ ｆ ａ ｄｗ ｔ ｏｐ ａｅ ｏ ｉ ａ ｉｌ ， ４ ｏ ｅ ｗ ｓ ｅ ． ｈ ｅ ｎ ａａｔｉ ｉ ｎ —ａｅ ｔ —ｈ ｓ ｗｉ ｄ— ｔｅ ｈ ｕ ｍｏ ｃ ｅ ｓｃ ｏ ｓ ｒｗ ｌ ｆ ｎ
进行蜗壳 内部泥沙磨损性能预测及优化设计是可行的。 关键词 ： 水轮机 ； 蜗壳；固液两相流动 ； Ｆ Ｃ Ｄ模拟
离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究
离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究离心泵是一种常用的流体机械设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
其工作原理是通过离心力将液体推向出口，实现流体输送的目的。
离心泵的性能直接受到叶轮和蜗壳的设计参数的影响，因此对这些几何参数进行优化研究，可以改善离心泵的工作效率和节能性能。
叶轮是离心泵的核心部件，其结构形式多样，包括正向叶轮、背靠背叶轮和双吸入流通道叶轮等。
在进行叶轮设计时，需要考虑叶轮的轴长、轴功率、进口直径和出口直径等参数。
叶轮的直径越大，对应的扬程和流量也会增加，但是叶轮过大会导致泵的体积增大，造成不必要的浪费。
轴功率则与流量和工作压力有关，合理控制轴功率可以提高泵的工作效率。
另外，在叶轮的设计中，还需要考虑叶片的形状、数量和间隙等因素。
叶片的形状通常遵循空气动力学原理，采用弯曲或弯折形式，以减小流体在泵内的速度和压力变化，并提高泵的稳定性。
蜗壳是离心泵的另一个重要部件，其作用是引导进入泵的液体流向叶轮，并将离心泵的压力能转化为流体动能。
蜗壳的几何参数包括进口直径、出口直径、蜗舌角度和蜗舌长度等。
进口直径和出口直径是决定流量和扬程的关键参数，通常根据泵的设计工况和流体性质来确定。
蜗壳的设计还需要考虑蜗舌角度和蜗舌长度，这两个参数对泵的效率和稳定性影响较大。
蜗舌角度越小，流体在蜗壳内的速度变化越小，从而减小能量损失；而蜗舌长度越长，流体在蜗壳内的速度变化越平缓，减少压力波动和振动。
离心泵叶轮与蜗壳的几何参数优化研究的目标是找到一组最佳参数组合，使得离心泵在给定的工况下能够实现最大的效率和能量转换。
该研究可以通过理论计算、数值模拟和实验测试等方法进行。
对于叶轮的优化研究，可以通过设计不同形状和数量的叶片，采用数值模拟方法进行性能评估，并通过实际测试验证。
对于蜗壳的优化研究，可以通过调整进出口直径和蜗舌角度等参数，采用CFD模拟方法进行性能预测，并通过试验验证。
在离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究中，需要考虑的因素很多，如流体性质、工况参数、材料选择等，且不同泵的要求和工况也存在差异。
吸油烟机蜗壳系统的优化设计研究
吸油烟机蜗壳系统的优化设计研究摘要：本文主要阐述了国内吸油烟机风机-蜗壳系统技术改进研究进展，包括各结构的优化方案，以及各结构的降噪技术研究，对于工程设计具有极为重要的指导意义。
为进一步完善和提高吸油烟机性能，对风机-蜗壳系统技术改进的发展提出了展望。
关键词：吸油烟机、离心风机、蜗壳、降噪前言为了满足消费者的高品质生活需求，攻克吸烟效果和噪音无法兼顾的难题，本文对我国油烟机风机-蜗壳系统的技术研究进展进行阐述。
1.吸油烟机风机-蜗壳性能研究现状蜗壳的几何结构对风机性能的影响是复杂的[8-16]。
王树立研究了蜗壳宽度对离心风机噪声的影响，计算得到蜗壳宽度关于噪声的函数关系式，并求出极值最小的蜗壳宽度[17]。
祁大同采用气动噪声源数值分析方法，分析了蜗壳宽度对非定常流场的离心风机噪声的影响。
计算表明：当风机变工况运行时，增大蜗壳宽度，主要的偶极子声源强度逐渐降低，基频噪声也有降低，而涡流噪声却增大。
当风机在中流量或大流量范围内运行时，气动性能提高，且其噪声特性有所改善[18]。
蜗壳和叶轮的匹配情况对流体机械的整体性能产生重要影响。
当风机蜗壳与叶轮的匹配欠合理时，叶片吸力面上出现明显的气流分离现象，前盘区域也存在强烈的漩涡，蜗舌部分存在的紊流现象也尤其明显[19]。
1.蜗壳系统技术改进2.1蜗壳优化设计传统的蜗壳在设计过程中，忽略了蜗壳的形状和大小，导致风量、风压不能满足生产所需，因此有必要对离心风机的蜗壳设计进行优化。
11目前选取蜗壳宽度B 主要依靠经验公式以及经验数据。
一般风机的蜗壳宽度B 与叶轮出口宽度b 的比值B/b 在2-4之间，而多叶离心式风机在1.2-1.6之间，在此经验范围之内，其他参数不变的情况下，更改B/b 值，对于多叶离心式风机的效率和噪声影响最小。
离心风机蜗壳设计的优化方案还有，通过改变螺旋角优化蜗壳型线数值，然后采用二次回归正交实验的方法对其进行优化，从而降低噪声。
另外，通过改变蜗壳形状和大小，减小风机使用过程中的阻力，提高蜗壳制作质量，延长其使用寿命。
CFD数值模拟水轮机蜗壳三维设计
模块 中， 利用多截面 （ 或桥接 、 扫掠等 ） 等功能 ， 搭接断面 ， 并在相
邻断面之间的出水边处 ， 以样条 曲线作为引导线 ， 可 以提高壳节 的光滑质量 。构建 的蜗壳流道三维模 型， 如图 １ 所示 。
大 的扭曲度。所 以， 如何保证流道的光滑性 ， 设计 出合理 的产品 ， 是一个值得探索的问题 。鉴此 ， 以某 ８ ＭＷ 的混流式水轮机金属 蜗壳为例 ， 构建了金属蜗壳的流场三维模 型， 并进行数值模拟 ， 验
第１ Ｏ期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｌ ７
Ｃ Ｆ Ｄ数值模 拟水轮机蜗 壳三维设 计
王 旭， 周琰 杰
６ １ １ ７ ３ １ ） （ 电子科技大学 成都学院 电子信息工程系 ， 四川 成都 摘
ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ １ ７ ３ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｔ ｄ ｓ ｉ ｃ ｓｓ ａ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆｓ ｐ ｉ ｒ ａ ｌ ｃ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｍ ｏ ｏ ｔ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｓ ： ｉｒ ｆ ｓ ｔ ． ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ
Ｋｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｓ ｐ ｉ ｒ ａ ｌ Ｃａ ｓ ｉ ｎ ｇ ；Ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ； ＣＦ Ｄ
风管机的风叶和蜗壳优化
降低噪音
合理设计蜗壳的形状和结 构，降低风管机运行时的 噪音。
增强结构强度
确保蜗壳具有足够的结构 强度，以承受高速气流的 冲击。
优化蜗壳设计的策略
采用先进的流线型设计
通过采用先进的流线型设计，减少气流在蜗壳内的涡流和扰动。
增加蜗壳扩压段的长度
增加蜗壳扩压段的长度，以减小出口气流的流动损失。
优化蜗壳的截面形状
风管机的风叶和蜗壳是影响其性能的重要部 件。
优化后的风管机在效率和压力方面均有所提 升，且具有较低的噪音。
研究不足与展望
虽然本文对风管机的风叶和蜗 壳进行了优化设计研究，但仍 存在一些不足之处。
实验测试数据较少，未能全面 验证优化设计的有效性。
在未来的研究中，需要进一步 拓展实验测试数据，以更准确 地评估优化设计的效果。
风管机的风叶和蜗壳优化
2023-11-05
目 录
• 风管机的风叶和蜗壳优化概述 • 风叶优化 • 蜗壳优化 • 风管机的性能测试与评估 • 优化方案实施及效果评估 • 结论与展望
01
风管机的风叶和蜗壳优化 概述
风管机的基本原理
• 风管机是一种利用空气动力学原理，通过风叶和蜗壳等结构 实现空气的吸入和排出，以达到通风、制冷或制热等目的的 设备。风管机的基本原理是利用风扇转动产生的风压，将室 内空气吸入，然后通过蜗壳的导向作用，将风向改变并送入 排风口，排出室外。
评估风管机的外观美观度、结构强度及安装 便利性。
测试与评估案例分析
案例一
某型号风管机在风洞实验中发 现进口风速不均，导致性能下 降，通过优化蜗壳设计，提高 了风速均匀性，提高了性能。
案例二
某型号风管机在计算机模拟中发 现内部流场紊乱，通过优化风叶 设计，改善了流场状态，提高了 性能。
多翼离心风机CFD分析及参数优化设计
多翼离心风机CFD分析及参数优化设计张素梅;郭培红;温小萍;李同卓【摘要】利用CFD分析软件FLUENT对多翼离心风机内部三维流场进行数值模拟,数值结果与五孔探针实验数据吻合较好.在此基础上建立多翼离心式风机参数化模型,并说明不同出口截面尺寸条件下CFD分析方法的风机参数优化设计过程.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】3页(P40-42)【关键词】多翼离心风机;CFD;数值模拟;五孔探针;参数优化设计【作者】张素梅;郭培红;温小萍;李同卓【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院;河南理工大学机械与动力工程学院;河南理工大学机械与动力工程学院;河南理工大学机械与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH4320 引言多翼离心风机由于其压力系数高、噪音低等特点得到了广泛应用。
但由于其蜗壳非对称性及其内部流场复杂性，凭借现有实验手段很难较为准确地测试其内部的压力脉动、尾流及漩涡脱落等流动现象。
近年来，国内外众多学者致力于风机内部流场的研究，但大部分研究仅借助于数值模拟方法对风机内部流场进行解析计算，对多翼离心风机内部的叶片通道或截面数值计算结果往往缺乏实验数据进行验证，不能真实地反映风机内部流动真实特性。
CFD（Computational fluid Dynamics）分析技术以连续方程、动量方程及能量方程为基础，通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动等相关物理现象进行系统分析，可模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。
本文采用CFD分析软件FLUENT对多翼离心式风机内部流场进行三维数值模拟，分析其内部流动特征，利用五孔探针实验测试数据对数值模拟结果进行验证，在此基础上建立多翼离心式通风机参数化模型，并以改变蜗壳出口截面尺寸为实例说明以CFD分析为基础的多翼离心通风机参数优化设计过程。
1 CFD分析数学模型CFD数值计算基于三维时均N-S方程、k-ε湍流双方程建立模型，壁面附近采用标准壁面函数，湍流动能、湍流耗散项、动量方程等均采用二阶迎风格式离散，压力-速度耦合采用SIMPEL算法。
无蜗壳风机分析与优化设计
着直接影 响 。因此 ， 为 了降低 因为 网格 计算 所导 致 的 误差 ， 需 要 通 过 对 网 格 无 关 性 的分 析 和 研 究 来 达 到 科 图 １ 原 始 实 际模 型 学计算 网格 的 目的。同时 计算 网格数 为 １ ６ ３ 万和８ ６ 万 的情况 。在相 同条件 下 ， 静压 为 １ ９ ３ ０ Ｐ ａ ， 网格数 １ ６ ３ ２ 网 格 划 分 万 时计算得 到的质量流 量为 ２ ． ４ ７ ８ ５ ｋ ｇ ／ ｓ ， 网格数 为 ８ ６ 从子午 面网格 可 以看 出 ， 计算 区域可 以分 为进 风 万时质量流量 为 ２ ． ４ ７ ９ ８ ０ ｋ ｇ ／ ｓ ， 可 以看 出网格 导致 的误 口区、 叶轮流 道 区 以及 前后 延 伸 区三个 区域 。其 中叶 轮流道是通过 Ｎ ＵＭＥ Ｃ Ａ叶轮 机械部 分 的网格生 成模 差 很 小 。 收敛标准 为： 随着 迭代次 数 的增 加 ， 进 出 口质量流 块 Ａｕ ｔ ｏ Ｇｒ ｉ ｄ 来 对 网格 进行 整 体划 分 的 。在 网格 生 成 量应控制在 ０ ． １ 以 下 ， 在 迭代 步 数 的增 加， 压 比、 效 的过程 中 ， 根据选择 的 Ｓ —Ａ湍 流模型 ， 叶轮 近壁 面第 率 、 扭矩等性能参数保持稳定 ， 不发 生改变 。 层 网格距离选取 ０ ． ０ １ ｍ ｍ， 将 Ｙ＋值控制在一定 的低 通过测试数 据 与变 工况计 算结 果对 比， 发 现实 验 雷诺数湍流模 型要 求 的范 围之 内 ， 位 于壁 面附 近 的 网 试 验结 果与模 拟 结果最 接 格是沿壁 面法 向方 向呈 几何 级数 加 密 的， 其数 量是 该 结果均低于数值 模 拟结 果 ， 方 向网格 总数 的 １ ／ ３ 左右， 网络 总数约 为 １ ６ ３ 万， 而边 近 的地方 出现在 设 计 工况 点 附 近 。经 过 研 究 可 以发 效率在大流量 区是不断加 大的 ， 而在小 流量 区是 不 界层外的 网格分 布均 匀 。在 计算 的 过程 中 ， 需 考虑 进 现 ， —Ａ湍 流模 型在模 拟大分 离 出 口与离心 叶轮 的间 隙以及 出 口等截 面延 伸 ， 以 防止 断缩小 的。分析发现是 Ｓ 进一步分析也发现 Ｓ —Ａ湍流模 计算域 的出 口截 面回流 ， 影 响计算 收敛 性 ； 根 据离心 风 工况时不准确造成 的， 型在设工 况模 拟 时准确 度较 高 。同时 ， 根据 离心 通 机 的流动特点可 知 ， 一 般而言后盘 流动较 为均匀 ， 主要 风机的性能 曲线特点 ， 在大流量 区域压 比变化大 ， 流量 的流动 问题集 中在 前盘 ， 因此 位 于后 盘 的轮毂 对整 体 变化小 ， 应该用给定压力条件计算 流量 ； 而在 小流量 区 流动 的影 响偏小 ， 故对 轮毂 的型线做 简化处 理 ， 仅保证 域， 流量 变化大 ， 压 比变化小 ， 这时候应 该用 流量条 件
离心压缩机焊接式蜗壳流动分析与优化研究的开题报告
离心压缩机焊接式蜗壳流动分析与优化研究的开题报告
可能包括以下内容：
1. 研究背景和意义：介绍离心压缩机在机械、空气调节、制冷等领域中的广泛应用，以及蜗壳作为离心压缩机中的一个重要部件的作用。
说明研究的目的在于优化蜗壳的设计和焊接工艺，提高离心压缩机的效率、节省材料成本和能源消耗。
2. 国内外研究现状：对离心压缩机和蜗壳领域中的主要研究成果进行综述，归纳出相关研究的不足之处，向自己的研究提供启发和借鉴。
3. 研究内容和对策：提出研究的主要内容和方法，包括蜗壳表面的流场模拟与可视化、焊接工艺的参数优化、材料性能测试等，讲述这些研究的步骤和基本思路。
4. 研究的目标和意义：阐述研究的具体目标以及达成目标后的意义，揭示该研究对离心压缩机和蜗壳减少能源消耗、降低污染排放等方面的意义。
5. 研究进展和计划：简单介绍目前的研究进展，规划未来的研究计划和方法，指出可能面临的困难和挑战，并提出一些解决方案。
6. 预期成果和论文结构：阐述研究将会达到的预期成果，并列出论文的章节结构和内容要点，说明每个章节的主要内容和分工。
组装式压缩机排气蜗壳的优化设计
专 业 研 讨223组装式压缩机排气蜗壳的优化设计李德斌（沈阳鼓风机集团齿轮压缩机有限公司 辽宁 沈阳 110869）【摘要】 组装式压缩机广泛应用于冶金、石化、制药、动力站、空分装置等诸多领域，具有结构紧凑、安装方便、高效节能等特点。
为进一步提高压缩机机组效率，蜗壳组件是其重中之重，对其进行优化设计则显得尤为关键。
鉴于此，本文通过分析组装式压缩机研发项目实例，从压缩机排气蜗壳的优化设计出发，提出了基础性优化与结构优化的具体内容，最终取得良好的优化效果。
【关键词】 组装式压缩机；蜗壳组件；排气蜗壳【中图分类号】TH452 【文献标识码】A 【文章编号】1003-9619（2019）36-0223-01蜗壳是组装式压缩机不可缺少的固定元件之一，其流动状况与压缩机的性能具有密切联系，起到了关键的导流与扩压的目的，对提高整机效率也具有积极作用。
在压缩机运行时，排气蜗壳是影响运行效率的重要部件，与叶轮、扩压器等其他配件之间的匹配度越高，提高压缩机效率、降低噪声的效果则越明显。
因此，不断改进排气蜗壳的优化设计，充分发挥保证压缩机机组长期安全稳定运行的优势，对提高整机性能具有显著意义。
1 项目概况以某国有大型一类企业设计生产的组装式压缩机研发项目为例，研究排气蜗壳的改进与优化情况。
该公司主要从事组装式压缩机的研发、设计、制造等业务，现有的压缩机市场占有率达到83%，新产品产值率高达70%以上，其蜗壳组件现有焊接与铸造之分，服务于石油、化工、冶金、空分、国防、公用工程等多个行业。
在组装式压缩机研发项目中，压缩机型号为SVK50-3S，由于蜗壳等静止元件受机械条件的限制较少，改进静止元件相较叶轮等组件同样能够提升机组效率，获得的收益更佳。
鉴于蜗壳组件的这一特性，项目研发人员通过引进国外先进的研发技术，在改进叶轮提高机组性能的基础上，围绕排气蜗壳组件加大研发力度，现已在排气蜗壳设计与优化方面取得了一定进展，为提高产品性能提供了有效保障，也为企业带来了可观的经济效益。
箱式无蜗壳风机箱体的优化设计
侯佳鑫赵琛谢军龙吴鑫（华中科技大学能源与动力工程学院）摘要：为提高箱式无蜗壳风机出口静压，采用计算流体动力学方法对不同箱体结构参数下的风机性能进行数值模拟研究，分析箱体内部产生流动损失的主要原因，同时确定箱体的最佳结构参数。
研究表明：在设计箱式无蜗壳风机时，箱体最佳宽度为1.8倍叶轮外径，箱体出口面边长应大于0.7倍的箱体宽度，箱体轴向长度加长可避免出口面出现由射流卷吸导致的回流。
关键词：箱式无蜗壳风机；数值模拟；箱体；优化设计中图分类号：TH43文章编号：1006-8155-(2021)01-0036-07文献标志码：A DOI：10.16492/j.fjjs.2021.01.0005Optimization Design of Box of Plenum FanJia-Xin Hou Chen Zhao Jun-Long Xie Xin Wu（School of Energy and Power Engineering，Huazhong University of Science and Technology）Abstract：In order to improving the outlet static pressure of plenum fan,the computational fluid dynamics method is used to conduct numerical simulation research on the fan performance under different structural parameters of the box,the main reason of flow loss inside the box is analyzed,and the best optimal structural parameters of the box is determined.The re-search shows that when design the plenum fan,the optimum box width is1.8times of impeller outer diameter,the side length of box outlet area should be greater than0.7times of box width.Lengthening the axial length of the box can avoid the backflow caused by the jet entrainment on the outlet surface of the box.Keywords：Plenum Fan;Numerical Simulation;Box;Optimal Design箱式无蜗壳风机箱体的优化设计0引言箱式无蜗壳风机是一种新型离心风机，也是新风机组的重要组件，主要用于空调设备和建筑通风等领域[1]。
一种离心风机蜗壳型线设计方法与流程
一种离心风机蜗壳型线设计方法与流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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CFD在金属蜗壳水力学研究中的应用
CFD在金属蜗壳水力学研究中的应用
孙浩鹏;李杨
【期刊名称】《吉林建筑工程学院学报》
【年(卷),期】2013(030)006
【摘要】水电站设计过程中蜗壳属于进水部分,直接影响水轮机发电时的输出功率,其中,金属蜗壳在不同水头下均有应用.通过计算水头参数,运用流体力学技术,对蜗壳进行网格划分和确定流动模型.将某特定水头下蜗壳内的水力学特性用计算机展现出来,在确定水轮机尺寸和进水控制问题上进行水力学行为预测.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】孙浩鹏;李杨
【作者单位】长春工程学院计算机技术与工程学院,长春130012;长春建筑学院科研处,长春130699
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于CFD模拟的蜗壳式旋流器的研究及应用 [J], 冀前辉
2.SolidWorks在水轮机金属蜗壳展开中的应用 [J], 李后彬
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5.CFD在金属蜗壳水力学研究中的应用 [J], 孙浩鹏;李杨;
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基于CFD和响应面的离心风机蜗壳的优化
基于CFD和响应面的离心风机蜗壳的优化姜卫生; 张沛; 马迎坤; 裴晴晴【期刊名称】《《机电产品开发与创新》》【年(卷),期】2019(032)005【总页数】4页(P57-60)【关键词】离心风机; 气力; 参数化蜗壳; 数值模拟; DOE试验设计; 响应面优化分析【作者】姜卫生; 张沛; 马迎坤; 裴晴晴【作者单位】郑州宇通重工有限公司河南郑州451482【正文语种】中文【中图分类】TH432; TK050 引言在清扫车中，离心风机作为上装动力的核心部件，为垃圾和污水的“吸拾”提供所需吸力，离心风机性能的好坏，直接决定着清扫车作业效率、作业效果、作业时间、作业噪声及污水回收率等车辆的工程属性。
在纯电动清扫车中，离心风机的电耗约占上装电耗的60%以上，同时也是纯电动清扫车主要的噪声源，因此，研究和优化清扫车风机，提高风机性能，对清扫车有重要意义。
在风机结构中，离心风机蜗壳的作用是将叶轮甩出的气体集中、导流，并将其部分动能转变为压能[1]。
蜗壳型线不仅决定蜗壳内气流流动好坏，对风机叶轮内部的流动状态也有重要影响，蜗壳与叶轮的匹配尤为重要。
孙长辉等改变蜗型线后数值计算结果表明叶轮内部流场得到明显改善[2]。
文乾等以等环量法为基础，在考虑气体粘性的情况下，对蜗壳型线进行修正，CFD 结果表明风机性能有所提升[3]。
吕峰等通过数值模拟结合试验测试研究了蜗壳内部流动的变化规律，分析了蜗壳对叶轮流动的影响[4]。
丁骏等通过数值方法研究了蜗壳开度对风机性能的影响[5]。
李春曦等对蜗壳内部加装防涡圈后进行数值模拟及试验对比，数值计算和试验研究表明在风机蜗壳中加装防涡圈可以改善风机流场，减少泄漏流量，但同时也会使风机的流动损失略有增加[6]。
王杨采用CFD 软件对对改进后的蜗壳进行了对比分析，并模拟了流场的噪声，获取了蜗壳宽度和蜗舌大小对车用风机性能和噪声的影响规律[7]。
向同琼等总结分析了蜗壳的传统设计方法，并对离心风机性能影响明显的蜗壳型线和截面形状等因素进行了分析总结[8]。
基于CFD计算的水轮机蜗壳改型水力设计
基于CFD计算的水轮机蜗壳改型水力设计针对某水电站项目，水轮机原蜗壳模型参数需进行改型设计。
本文研究了蜗壳水力设计三种方法的内在联系，结合该项目技术要求，分别应用等周向平均速度法和给定面积变化规律法对原蜗壳进行改型水力设计，采用CFD方法对原模型蜗壳与改型设计蜗壳对应的三种水轮机全流道进行数值计算，比较了原模型蜗壳与改型蜗壳的计算结果。
结果表明：两种方法所设计的蜗壳水力损失小，水轮机水力效率高，都优于原蜗壳，且满足水轮机技术性能保证要求，给定面积变化规律法设计的蜗壳水力性能更优秀。
标签：水轮机；蜗壳水力设计；水力效率；CFD分析1、引言蜗壳是水轮机的重要过流部件，在水轮机水力设计中有着重要地位，其作用是引导水流沿圆周方向均匀进入导水机构，并具有一定量的圆周速度。
本文结合某水电站项目，水轮机蜗壳按模型相似换算后蜗壳进口直径Φ1482mm，因水轮机结构设计限制，蜗壳进口直径需增大至Φ1700mm，在其它过流部件不改变前提下，仅对蜗壳进行改型设计，因而蜗壳各壳节断面的几何参数需重新进行水力设计。
基于计算流体动力学（CFD）方法对所设计的蜗壳与原蜗壳的水轮机全流道进行数值计算，针对蜗壳的改型设计，使设计的蜗壳水力损失小，水轮机水力性能优良，满足水轮机技术性能保证要求。
2、水轮机蜗壳水力设计方法本文为蜗壳改型水力设计，前提条件：蜗壳为圆形断面的完全蜗壳，参数、、、已知。
为蜗壳包角，蜗壳进口半径，为蜗壳壳节与座环搭接点到导水机构水平中心线的距离，为壳节与座环搭接点到转轮中心线距离；蜗壳第i断面几何参数：壳节半径，壳节圆心到机组中心的距离，如图1所示，为第i断面蜗壳包角，第i断面面积。
并假设蜗壳内流动为平面定常流动，蜗壳出流量周向均匀。
水轮机蜗壳水力设计常用四种设计方法，针对本电站的蜗壳改型设计，四种设计方法笔者都进行了尝试。
①等速度矩法：假定蜗壳中的水流按等速度矩（）规律分布，在对蜗壳尾部断面参数计算时，得出的蜗壳尾部断面半径过小，因本电站为低比转数混流式水轮机组，壳节断面半径尤为减小，采用该方法设计的蜗壳多有以涡对形式出现的二次流动，且蜗壳尾部水力损失大。
航空发动机试验器高温进气蜗壳流场仿真分析及优化设计
航空发动机试验器高温进气蜗壳流场仿真分析及优化设计摘要：为了揭示航空发动机燃烧室试验器进气蜗壳内的流动特性，并为进气蜗壳的性能预测、优化设计提供理论基础，以某试验器进气蜗壳为研究对象，基于混合网格的SIMPLE 算法和标准的k-ε湍流模型，运用FLUENT软件对进气蜗壳内的流场进行数值模拟，并从速度分布、压力损失两方面进行分析。
结果表明：对蜗壳气动性能产生重要影响的结构区域主要为蜗壳型面及蜗壳底部分隔板，同时蜗壳内锥的绕流分离也是损失源之一。
因此将蜗壳内部结构进行优化设计并重新进行数值模拟，优化后出口截面流场速度不均匀性得到了有效改善。
关键词：进气蜗壳；优化设计；流场均匀性；航空发动机1.引言进气蜗壳是航空发动机燃烧室试验器进气系统的一个重要组成部分。
首先，它要求流经蜗壳尤其是蜗壳出口面的气流尽可能均匀，以满足燃烧室试验器的进气要求；其次，它要求气流流经蜗壳时压力损失尽可能小，以降低进气系统整体的压力损失[1-3]，；最后，对于航空发动机室内试车台，普遍具有室内设备较多、空间限制严格等要求，因此要求进气蜗壳尺寸尽量小，以节省装配空间及降低生产成本。
本文即是针对这些要求，对发动机燃烧室试验器进气蜗壳设计后进行了数值模拟计算及结构改进。
1.模型建立航空发动机燃烧室试验器进气蜗壳分为进气蜗壳、蜗壳内锥、底部分隔板3大部件。
蜗壳流道的型面设计遵循断面的平均速度圆周分量ν为常数，且相应ｕ包角的断面面积和圆蜗壳对应相等的规律[4、5]。
根据其结构参数利用UG软件对蜗壳进行整体造型[6]，流场计算区域采用全流道计算域方法，蜗壳及流道三维模型如图1所示。
图1 进气蜗壳及流道三维模型1.控制方程和边界条件2.1控制方程进气系统可视为绝热系统，对其稳态工作过程的描述可采用三维定常可压缩黏性流动数学模型建立其基本控制方程，流体流动状态为湍流，采用标准k-ε湍流模型来封闭方程。
2.2边界条件2.2.1进口边界计算域进口边界条件为给定的流量、净温和与进口边界相垂直的来流条件，参考压力为标准大气压，静温T=700K。
大型不锈钢蜗壳的铸造工艺优化设计
大型不锈钢蜗壳的铸造工艺优化设计
张正法;赵星;毕泗坤;史正涛
【期刊名称】《铸造工程》
【年(卷),期】2024(48)1
【摘要】根据不锈钢蜗壳铸件的结构特点,设计了开放式浇注系统。
采用CAE软件对不锈钢蜗壳铸件的浇注和凝固过程进行数值计算,预测铸件缺陷可能出现的位置,并针对铸件的缺陷进行了铸造工艺方案的优化,确定冒口、冷铁、铬铁矿砂以及合适的浇注温度和充型速度等工艺参数,生产出满足设计要求的铸件,为类似铸件的生产提供参考。
【总页数】5页(P64-68)
【作者】张正法;赵星;毕泗坤;史正涛
【作者单位】山东科技职业学院机械工程系;山东泰山钢铁集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9;TG245
【相关文献】
1.奥氏体不锈钢蜗壳铸造工艺设计与优化
2.大型水轮机蜗壳砂型铸造工艺设计及优化
3.大型球墨铸铁蜗壳件砂型铸造模拟分析与工艺优化
4.大型铸造不锈钢泵壳铸造工艺设计
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一个完整的优化水力设计的过程主要包括四部分内容 :初步水力设计 、流场分析 、性能预测 、优化设计 ,其中 关键在于流场分析以及最后一步的优化设计 。用实验方法研究蜗壳内部流场 、筛选一个比较合理的设计通常不 仅要花费大量的人力 、物力和财力 ,而且实验周期较长 。因此 ,用数值方法研究蜗壳内部流场已成为改进和优化 蜗壳设计的一个重要手段 。
1 前言
蜗壳是水轮机的一个重要过流部件 ,蜗壳的设计在整个水轮机的设计中有着重要的地位 ,其设计的好坏直接 影响水轮机的性能指标 。蜗壳的传统设计方法主要有两种 :一是等速度矩法 ,二是等周向平均速度法 。前者设计 得到的蜗壳出流均匀 ,且呈轴对称分布 ,但不足之处在于蜗壳尾部过流面积过小 ,液流摩擦损失较大 ,且易形成二 次流动 ;后者正好相反 ,蜗壳尾部断面较宽 ,水力损失减小 ,但出流角沿周向分布不均匀 ,导水机构环量沿周向分 布不均匀 ,这样固定导叶的翼型将不同 。传统的设计方法很难使水轮机的性能有较大的突破 ,因此 ,优化设计成 为从事水轮机设计人员最感兴趣的课题之一 。
9ρ< 9t
+
9 9 xi
ρui < -
Γ 9< 9 xi
= S<
采用有限容积法对上述控制方程进行离散 。
214 边界条件
本文的算例为一个轴流式水轮机的混凝土蜗壳 ,模型
机组为单支墩 ,在实际应用中由于进口流道过宽 ,需设置两
个支墩 ,因此分别对两种情况进行了计算 。图 3 为单支墩
及双支墩的位置及形状 。计算工况为额定工况 ,计算水头
第 23 卷 第 6 期 2004 年 12 月
水 力 发 电 学 报 JOURNAL OF HYDROELECTRIC ENGINEERING
Vol. 23 No. 6 Dec. , 2004
不完全蜗壳的 CFD 分析及优化设计
郑小波 ,罗兴 ,廖伟丽 ,郭鹏程
(西安理工大学水利水电学院 ,西安 710048)
表 2 优化前后流量分配 Table. 2 Discharge distribution before
and after optimization ( %)
相对包角 优化前 优化后
蜗型段
57. 5
42. 0
46. 8
非蜗型段 42. 5
58. 0
53. 2
图 5 优化后的支墩形状及位置
Fig. 5 Location and shape of the optimized piers
ZHENG Xiaobo , LUO Xingqi , LIAO Weili , GUO Pengcheng ( Xi’an University of Technology , Xi’an 710048)
Abstract : The spiral case is an important component of the water turbine. Study of three2dimensional flow through the spiral case is of great benefit to improve the performance of the turbine. With the rapid development of computational method and computer ,the numerical analysis of flow field within the spiral case is a main tool to optimize the spiral case. Based on the Reynolds2averaged N2S equations and the non2structural grid ,CFD analysis of three2dimensional flow through a semi2spiral case is presented in the paper. The effect of the piers on the distribution of velocity and pressure in the spiral case ,outlet2angle and efficiency of the spiral case is studied. According to the result of flow analysis. optimum design for semi2spiral case is carried out . Key words : hydraulic turbine ;semi2spiral case ;CFD analysis ;optimum design
相对包角 单支墩 双支墩
进口流道的过流面积 ,造成流速的增加 ,引起水力摩擦损失的
蜗型段
5715
4819
42. 0
增大 ,效率下降 。
非蜗型段 42. 5
51. 1
58. 0
4 优化设计
根据以上比较结果 ,将单支墩改成双支墩后 ,蜗壳的出流 角 、周向流量分布以及效率等性能都有所下降 。因此 ,本文对支墩的形状及头部位置进行了优化 ,并对优化后的 蜗壳进行了 CFD 分析 。根据双支墩蜗壳的内部流动特点 ,将左侧支墩头部后移 ,头部形状采用三段圆弧 ,向蜗形 进口断面偏移 ;右侧支墩的头部也偏向蜗形进口断面 1 优化后的支墩形状见图 5 。
图 4 出流角分布图
Fig. 4 Outlet2angle distribution
(3) 蜗壳效率
表 1 流量分配
根据计算结果 ,双支墩方案的效率为 98137 % ,单支墩方
Table. 1 Discharge distribution ( %)
案的效率为 98163 % ,这主要是因为支墩数量的增加 ,减小了
图 8～11 分别为单支墩情况和优化后的双支墩情况下 ,蜗壳内部的流线和压力分布 。
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12
水 力 发 电 学 报
由表 2 ,优化后 ,由于支墩的头部形状和位置发生了变化 ,将一部分流量向蜗形段进口方向排挤 ,导致在圆周
方向的流量分布发生了变化 ,更接近于相对包角 ,趋于均匀 。
图 6 显示了单支墩情况和优化前后的双支墩情况下流量在蜗形段的变化情况 ,可以看出 ,优化后蜗形段的流
量分布有了明显的改善 。
从图 7 优化前后蜗壳出流角分布图可以看出 ,优化后在蜗形段 ,蜗壳出流角分布很均匀 ,且非蜗形段蜗壳出 流角变化较为平稳 , 这样就能够保证固定导叶进口角度的均匀变化 。此外 , 对支墩 优 化 后 , 蜗 壳 的 效 率 为 98145 % ,比优化前略有提高 。
水轮机进出口流道的计算区域是非常复杂的 ,本文在对蜗壳的流动分析中采用非结构化网格 。在非结构化 网格中 ,网格的空间分布比较自由 ,网格点之间的连接没有方向性 ,处理不规则计算区域时 ,通过局部加密网格及 在边界上的特殊处理来适应不规则区域 。例如在蜗壳的出流处 、鼻端等区域进行局部网格加密 。网格节点数为
随着计算技术和计算机的飞速发展 ,数值模拟技术和 CFD 优化技术已经全面应用于流体机械领域 ,尤其是 在水轮机进出口流道的流动分析方面得到了广泛的应用[1 - 5] 。
本文在分析现有蜗壳内部流动及设计方法研究成果的基础上 ,对不完全蜗壳进行了三维 CFD 流动分析 ,对 支墩形状及头部位置进行了优化设计 ,并根据流动分析结果研究了支墩形状对蜗壳内部的速度 、压力分布 、蜗壳
135 000 。图 1 为单支墩蜗壳的计算实体 ,图 2 为双支墩计算网格 。
图 1 单支墩蜗壳计算实体 Fig. 1 Spiral case with single pier
图 2 双支墩蜗壳计算网格 Fig. 2 Spiral case with two piers
213 离散方程
将流体控制方程写成统一的简明张量形式 :
9ρ 9t
+
Δ
·(ρU) = 0
9ρU 9t
+
Δ
(ρU
Δ
ΔΔ Δ
U) - ·(μeff U) = P + ·(μeff U) T + B
Δ
式中 μ, eff 为有效粘性系数 μ, eff =μ+μt μ, t 为紊流粘性系数 μ, t = cμρεk2
对于壁面附近的区域 ,采用壁面函数法处理边界条件 。 212 计算网格
2004 年
图 6 沿蜗形段流量分布规律 Fig. 6 Discharge distribution in scroll section
图 7 优化前后蜗壳出流角分布图 Fig. 7 Outlet2angle distribution before and after optimization
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第6期
郑小波等 :不完全蜗壳的 CFD 分析及优化设计
11
(2) 蜗壳出口的流量分布情况 为了保证导水机构的周向入流均匀性 ,蜗壳的出口流量分配应尽量均匀 。从表 1 中看 ,与双支墩情况相比 , 单支墩情况下蜗形段和非蜗形段的流量更接近于相对包角 ,流量分配要均匀一些 ;主要是因为双支墩情况下 ,左 侧支墩限制了部分流量的运动方向 。