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

1、風(fēng)機屬于通用機械范疇，在國民經(jīng)濟的各部門應(yīng)用十分廣泛。尤其在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機是保證電廠安全、經(jīng)濟運行及實現(xiàn)節(jié)能減排的重要設(shè)備之一，因此對其經(jīng)濟性和安全性兩個方面進行研究具有重要意義。本文以G4-73型離心風(fēng)機為研究對象，采用數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方法，在分析風(fēng)機內(nèi)部流動機理及結(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)機性能進行優(yōu)化，設(shè)計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)生機理及流體動力學(xué)特征。主要研究內(nèi)容及成

2、果如下：
　　 (1)離心風(fēng)機流場動力學(xué)特征研究及參數(shù)化數(shù)值計算平臺開發(fā)。在分析網(wǎng)格劃分策略及湍流模型等對計算精度的影響基礎(chǔ)上，對離心風(fēng)機的內(nèi)部流場特征進行了數(shù)值研究及熵產(chǎn)計算，計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好，為實現(xiàn)風(fēng)機性能預(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)機數(shù)值計算平臺，包括參數(shù)化建模、F

3、LUENT計算及數(shù)據(jù)分析三個模塊，實現(xiàn)了葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時幾何建模、高質(zhì)量網(wǎng)格生成、計算模型設(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)機性能的影響奠定了基礎(chǔ)。
　　 (2)離心風(fēng)機性能的多目標(biāo)優(yōu)化及實驗研究?；趨?shù)化數(shù)值計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)機性能的影響規(guī)律。設(shè)計正交試驗構(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)機性能參數(shù)預(yù)測模型，并利用

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

5、置。對加裝漩渦破碎裝置前后的風(fēng)機分別進行了數(shù)值模擬及性能和噪聲實驗。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度減弱，蝸殼體內(nèi)熵產(chǎn)明顯降低，泄漏損失減小。實驗結(jié)果表明，加裝旋渦破碎裝置后，相對流量大于45％時，風(fēng)機全壓明顯增大，且高效區(qū)拓寬；風(fēng)機噪聲降低，且在最高效率點處，風(fēng)機中、低頻段噪聲明顯降低。
　　 (4)離心風(fēng)機旋轉(zhuǎn)失速動力學(xué)特征的機理研究?；诰帉懙腢DF節(jié)流閥函數(shù)對離心風(fēng)機旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬，