半軸殼體左右兩面孔加工組合機床總體設計

喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預覽哦。下載后都有，請放心下載，文件全都包含在內，有疑問咨詢QQ:414951605 或 1304139763 在OPENFOAM基礎上研究雙葉片泵內部流動 劉侯林,任正非 王凱,吳鄧浩 魏敏,譚敏高 流體機械工程技術研究中心、江蘇大學、鎮(zhèn)江212013、中國、 電子郵件:liuhoulin@ujs.edu.cn (2011年9月24日收到修改后的1月9日,2012) 文摘:離心泵的內部流動分析逐漸成為液壓設計和一個重要的問題提高性能。如今,CFD仿真工具箱泵的內部流動主要包含商業(yè)工具和開放源工具。有一些缺陷為商業(yè)CFD軟件內部三維湍流流動的數值模擬泵,尤其是在捕獲偏離設計的操作條件下的流動特性。此外,很難研究人員做進一步的調查,因為未申報的來源。因此,一個開源軟件喜歡空曠的田野操作和操作(OpenFOAM)與研究人員來自世界各地越來越受歡迎。在本文中,一個新的計算研究是實現基于最初的解決者和被用來直接模擬穩(wěn)態(tài)內流的雙葉片泵,以特定的速度是111。為了披露特點,三個研究計劃進行的。比率(Q / Qd)的流量是0.8,1.0和1.2,分別。仿真結果驗證了粒子成像測速技術(PIV)實驗結果和數值計算結果與實驗數據吻合較好。與此同時,非設計工況下的流動分離現象被OpenFOAM操作條件好。的結果表明,OpenFOAM具有明顯優(yōu)勢強勁計算泵的內部流場。分析結果也可以作為進一步研究的基礎和改善離心泵。 關鍵詞:數值模擬、雙葉片泵內部流動,粒子成像測速技術(PIV) 介紹 雙葉片泵是一種離心兩個葉片泵。有兩個對稱的曲線從進口到出口和葉輪通道葉輪出口很寬。因此,它通常成為葉輪在固液兩相的形狀離心泵。然而,由于短發(fā)展歷史和不完美的設計理論,其葉輪常常相結合的設計在實踐經驗的設計師到目前為止,所以它的性能和穩(wěn)定性不保證[1 - 3]。確定泵的性能決定的*項目得到了國家自然科學基金的支持杰出的年輕學者(批準號50825902),中國國家自然科學基金(批準號。51079062、51079062、51079062)和自然科學江蘇省基礎(批準號。BK2009006,BK2010346)。 傳記:劉Hou-lin(1971 -),男,博士。教授檢查其內部流動特性無疑最好的方法來提高性能的泵[4 - 6]。最近,與CFD的快速進步和計算機技術,模擬內部流已逐漸成為重要的基礎優(yōu)化和設計渦輪機械[7]。 現在,流體機械CFD仿真工具箱主要包含商業(yè)和開源工具工具。多年來,商業(yè)軟件包是世界上時尚以其豐富的功能和方便使用的質量。另一方面,CFD軟件,商業(yè)工具不是很專業(yè),泵的計算結果更少不是令人滿意的,尤其是在捕捉流特征在偏離設計的操作條件。此外,其未申報帶來相當大的來源應用數值的不便模擬流體機械。盡管代碼可以通過用戶定義函數被添加到實現,它有一個強大的限制。例如,當一個簡單的算法和two-equation湍流模型需要改進,需要有一個通過對控制方程的理解,離散化方法、湍流模型和迭代算法。然而,核心算法代碼和數據處理方法無法獲得的商業(yè)化,只有幾個選項選擇。因此,許多開放源碼CFD軟件正在流行和高質量開放源碼嗎CFD仿真平臺的開放領域操作和操作(OpenFOAM)是突出由于其強大的功能,清晰的架構,擴大功能,統(tǒng)一格式。 ? ?OpenFOAM CFD工具箱被釋放一個開源的2004年12月10日,這是基于c++程序,包含許多c++模塊可以自由結合一些其他模塊等張量、向量、湍流模型、數值算法,判斷模塊,自動控制模塊等等。因此,它方便使用解決在化學模擬復雜的物理模型反應,湍流流動和熱傳導,等。 ? ? ? 各種各樣的工作在流體內部流動通過OpenFOAM機械。尼爾森[11]的穩(wěn)定和不穩(wěn)定計算流Hǒllerforsen水輪機轉輪和通風管,OpenFOAM和比較的結果與那些由CFX-5和實驗。最終,的適用性和可靠性OpenFOAM卡普蘭水輪機流道和通風管被驗證。珀蒂et al。[12]驗證實現通用的網格界面(GGI)使用冷凍OpenFOAM轉子穩(wěn)定的方法和不穩(wěn)定滑動網格方法。然而,所有的模擬進行了簡化離心泵的二維模型李[13]模擬由OpenFOAM邊界層風洞中,透露,這是適合使用OpenFOAM進行計算風工程(CWE)研究。目前,有關工作不多泵的內部流動的研究比較OpenFOAM之間的仿真和實驗,和相關報道很少。 作為一個開放源代碼,OpenFOAM提供直接訪問模型和求解實現細節(jié)。然而,有一些缺陷OpenFOAM三維紊流數值模擬的內部流動水輪機把風能量流。CFD模擬的水輪機把風能量流,獨立的三維網狀通道或全幾何通常連接在一起為了模擬水流通過繼承復雜的幾何圖形像泵的地方固定吸和蝸殼以及旋轉的葉輪。符所有的要求保形吻合匹配接口通常是非常困難或導致幾何妥協(xié)會影響數值仿真結果的質量。因此,需要治療靜的接口,這是必要的模擬整個水輪機把風能量流的內部流動。雖然OpenFOAM功能已經存在,沒有定義的目錄。有還需要一組邊界條件很容易捕捉基本特征類似因為它可以通過一些其他CFD解決方案。此外,放松因素控制低松弛,對改善有重要影響穩(wěn)定的計算。然而,沒有任何指導對這些因素的原則。因此,論文著重于離心泵與考慮這些因素。的數值模擬通過使用實現OpenFOAM和泵計算結果驗證了粒子成像測速儀(PIV)實驗。這項研究還為實現更高的計算提供了基礎泵內部流動通過改善的準確性CFD方法與自編譯程序OpenFOAM。 在本文中,為了計算的交互旋轉和固定組件之間泵、多參考幀(MRF)解算器使用。同時,仿真結果也采用PIV測試進行驗證。操作系統(tǒng)使用SUSE Linux 10.3,使用的版本號目前計算OpenFOAM 1.5 。 1。數值方法和模型 1.1控制方程 OpenFOAM工具箱已經提供了解算器MRFSimpleFoam呼吁解決穩(wěn)態(tài)Reynolds-Averaged n - s方程出發(fā)e-湍流模型,如標準k模型。速度和壓力之間的耦合使用簡單的方法治療[14]的MRFSimpleFoam解算器采用有限體積技術的n - s方程離散化旋轉參考系: ? UR是旋轉架速度、r位置向量,p液體運動粘度。n流體密度,r壓力, 1.2一般網格界面(GGI) ? 由于定子和轉子之間的交互,如何應對電網和信息傳輸 耦合部分的計算域是一個關鍵問題精確地模擬字段(15 - 17日)。凍結轉子的方法MRFSimpleFOAM解算器是一個穩(wěn)態(tài)配方轉子和定子的相對位置在哪里固定的。在同一時間內,轉子和定子部分分別將網狀。對于非平渦輪機械y模擬的相對轉動網部分必然會產生非保形l接口固定和移動之間的部分。一個這些網格是必要的為了之間的連接簡化網格各渦輪機械復雜性模擬,從而減少計算機時間成本。Beaudoin GGI,由和Jasak[18]在OpenFOAM可用于這一目的。這是一個新的OpenFOAM耦合界面,加入多個非保形地區(qū)補丁節(jié)點每一方的接口不匹配。 該接口使用加權插值來評估和傳輸流值在一雙正形或non-conformal耦合的補丁。基本GGI界面是類似于一個“靜態(tài)”的滑動界面的優(yōu)勢,不需要再嚙合相鄰細胞的接口。 GGI使用Sutherland-Hodgman算法(12)計算主和影子面臨十字路口區(qū)域。拒絕些快速算法在一個軸對齊邊界框已經實現加快尋找潛在的鄰居。然后,為了迅速處理最后一個不重疊的過濾測試中,一個有效的德國霍曼-Agathos點包容算法[19]已經包括在內到分離軸定理算法[18]。最后,考慮離散化的影響以適當的方式規(guī)模GGI加權因素處理可能出現的非重疊的臉保守,因此保持GGI接口。 1.3邊界和初始條件 偏微分方程(PDE)解決了有限體積方法,合適的插值方案的值通常從細胞. 中心面對中心對數值有很大的影響結果,特別是對對流項。的對流現有方案的解決者被指定為違約線性差分有限,這是一個總遞減變化(TVD)計劃。盡管它提供了一個二階精確離散化方案無條件的對流,它創(chuàng)建一個不穩(wěn)定實踐[20]。為了實現穩(wěn)定,fist-order準確逆風差分引入了方案和仿真結果表明TVD方案會更容易比迭代發(fā)散和計算失敗在模擬泵逆風差分方案內部流動。因此,TVD方案不適用OpenFOAM模擬泵內部流動。摘要、高斯頭方案和使用在數值測試中可以得到令人滿意的結果 除了適當的離散化方案,中亞松馳是另一個重要的技術為提高穩(wěn)定性的 為算,特別是在解決穩(wěn)態(tài)問題。中亞松馳作品通過限制數量,其中一個變量改變從一個迭代到另一個,要么通過限制解決矩陣和源之前解決一個字段或直接通過修改字段。一個低松弛1指定數量￡a<,0a因素的中亞松馳,從根本沒有0。?a= 1在強度和增加a因此,選擇一個適當的松弛因子很大的影響計算的效率。如果松弛因子太大,它會導致分歧很容易計算。如果太小,結果將收斂緩慢。此外,適當的放松因素取決于特定問題本身。因此,沒有對松弛因子的模擬指令泵內部流動。與此同時,如果放松OpenFOAM默認情況下使用的因素檢查泵內流,結果將是不穩(wěn)定的。摘要放松因素是合適的為模擬根據泵內流[20]。aa+ = 1 u p最后,放松的因素經過多次測試和中亞松馳決定的(即因素相關的變量。、壓力、動力、湍流動能和湍流耗散率)是0.3,0.7,0.3和0.3。 模擬流場和整個泵,GGI方法需要傳輸轉子和定子之間的信息。 1.4模型 雙刀泵的3 d模型模擬是由Pro / E。吸入腔是由semi-spiral設計方法,在蝸殼由平等的速度矩法和設計橫截面是矩形,類型線對數螺旋。雙層的設計參數葉片泵如表1所示。 這里n是的計算公式: 在仿真之前,研究網格獨立性并選擇湍流模型是必要的(21、22)。混合網格的幾何是網狀策略和OpenFOAM用于模擬雙刀泵內部流動。研究的數據網格獨立性如表2所示。如果頭的區(qū)別是小于0.2%,網格數量是可以接受的。根據計算, 方案2滿足需要。所以采用方案2的網格。的網格是顯示在圖1。 表1的設計參數 參數 標志 值 流量 Q 25.86 頭 H 2.53米 轉速 n 750 具體速度 ns 111 吸入腔入口直徑 D 0.08米 葉輪進口直徑 D 0.09米 葉片入口直徑1 D 0.0812米 葉輪出口直徑2 D 0.2米 葉輪出口寬度2 b 0.047米 葉片進口角1 b1 (o) 18.3 葉片出口角 b2(o) 30 蝸殼進口寬度 b3 0.07米 表2數據為研究網格獨立性 網格數量 葉輪 螺旋 吸力 總頭 H(m) 1 618 738 220 175 300 103 1139 016 2.46034 2 577 913 179 340 255 937 1 013 190 2.45974 3 505 999 143 450 202 830 852 279 2.43180 4 378 565 151 341 99 619 629 525 2.40151 表3比較的湍流模型 湍流模型 H(m) 標準k - e 2.45974 RNG k - e 2.44706 海溫 2.42225 標準的k - ee,RNG k - ee和歐米茄SST湍流模型被用來模擬在離心泵內部流動。相同的網格,三種湍流模型之間的比較,結果如表3所示。這是發(fā)現與實驗數據相比,頭獲得的標準k - ee模型是最準確的。因此,標準的k - ee動蕩模型是用于執(zhí)行仿真。 對于測試區(qū)域,附近的葉輪流道蝸舌被選中。為了分析內部流好,7條平面曲線是在葉輪設置上,從葉輪進口等距葉輪出口,12點分布在每個曲線等距。所有的分析文章處理本文基于這些監(jiān)控點,如圖2所示。 為了有效地披露特點,提出了三個研究計劃。的比率(/ d Q Q)的流量分別是0.8,1.0和1.2,。 2。結果和分析 2.1相對速度分布相對速度分布在圖3?？梢钥闯?從入口到出口相同的工作條件,有一個低速區(qū)附近的入口壓力面,中間速度的方向改變,可以發(fā)現圖的頂視圖。這時,一個回流漩渦看來,一個了不起的jet-wake流模型。此外,所有點的速度低速度區(qū)向上隨著半徑的增加,最后jet-wake流特性變得不顯明的,就消失了。在葉輪進口的圈子,相對的速度逐步下降,從吸力面附近的壓力面附近,然后,當它接近壓力方面,速度再次上升,峰值壓力面。隨著半徑的增加,速度的變化在吸力面附近比附近的不太正常壓力面。然而,當從葉輪流道,附近的速度吸力面上升逐漸隨著半徑的增加。但壓力面附近的速度總是上漲隨著半徑的增加。此外,速度壓力面附近的梯度大于吸力面附近。在出口圓上,速度逐漸從吸入端。的流葉輪通道是不對稱的影響蝸殼。尤其是近點的相對速度蝸舌上升最快,峰值在補丁略低于蝸舌。在那之后,他們下降。簡而言之,速度點附近的值蝸殼舌大于遠離的舌頭。 圖3在葉輪流道相對速度分布及其當地頂視 在相同的工作條件下,邊緣通過在進口圓上,附近的速度壓力面附近,遠比吸入的一面。此外,在同一循環(huán)入口附近吸力面附近的速度大于附近方面的壓力。隨著半徑的增加,缺口在壓力面和吸力面窄和雙方的速度平等在中間通道,因此同等速度區(qū)域形成。然后,附近的速度壓力一邊遠遠大于吸力面附近。 圖4 在葉輪流道靜態(tài)壓力分布 在不同的工作條件下,jet-wake模型仍然在同一位置。但隨著增加流量,速度點的落后流渦區(qū)也會增加,而范圍減少和jet-wake的功能模型重要的越來越少。整個通道的低流量條件下,速度達到最小在入口附近的壓力面,中間在蝸舌片略低于達到頂峰。與此同時,隨著流量的增加,最大的速度在整個通道減少,平等速度面積擴大,逐步接近葉輪出口。 圖5在葉輪流道總壓分布 2.2靜壓和總壓分布 靜態(tài)壓力分布和總壓力每個點的分布在不同的工作條件分別在圖4和圖5所示。從圖4可以看出,在相同的工作條件下,靜態(tài)壓力,在入口附近的補丁壓力方面,比其他更大的波動點相同的圓和更不規(guī)則。靜態(tài)壓力增加隨著半徑的增加,除了在出口循環(huán)。靜態(tài)壓力,在出口循環(huán)和蝸舌附近,體驗周到減少和值明顯低于附近。此外,附近的靜壓值進口上升,然后逐漸下降從壓力面到吸力面。的增加半徑,靜壓值附近的壓力一邊突然增加,導致靜態(tài)壓力在壓力面附近的普通不如變化,在吸力面附近。總之,靜態(tài)壓力附近壓力面附近的比這高得多吸力面在同一半徑。 壓力面附近的靜壓高于入口附近的吸力面附近循環(huán)。葉輪的從中間開始循環(huán)通道,吸力面附近的靜壓高于在壓力面附近?？梢钥闯鰪恼麄€葉輪的靜壓分布通道,最低的靜態(tài)壓力附近吸入葉輪入口,一個可能的原因艾迪是吸力面附近由于生成的葉輪內的流動是由主要的影響葉片的邊緣。附近的靜態(tài)壓力是最高的出口壓力的一面,這說明流在葉輪的性能不僅影響到結構葉輪,也確實由蝸殼。與流的增加,靜壓每一點增加然而,戲劇性的靜態(tài)壓力分布在壓力面和吸力面之間不以同樣激烈的速度上升。事實上,靜態(tài)壓力壓力面附近增加快一點比在吸力面附近。與此同時,靜態(tài)蝸舌附近的壓力變得不顯明的和幾家點相同的靜態(tài)壓力出現在高流量條件下的中間通道。此外,該地區(qū)以同樣的靜態(tài)壓力延伸對吸力面流動較高。 從圖5,可以看出的特點總壓分布是相似的靜態(tài)壓力。然而,在低流量條件下,相應的每個循環(huán)的總壓強并不總是隨著半徑的增加。相反,當圓接近葉輪出口,總壓強靠近中間的吸入一邊隨著半徑的增加迅速下降。此外,這個特性的點往往擴大的壓力的一面。然而,功能下變得模糊高流動狀態(tài)。從整個葉輪流道,總壓強仍達到最小葉輪進口的吸力面,而在達到頂峰吸入葉輪出口。當然,在出口附近葉輪、有高和低總壓區(qū)由于尾流的影響。具體地說,低總壓區(qū)位于的流逝蝸舌附近,而高總壓強壓力面附近的區(qū)域,和他們非常明顯的低流條件下。但是,在高流量條件下,總壓強再次上升,除了在蝸舌附近的點,出現大幅波動。 3．PIV測試3.1實驗 裝置PIV系統(tǒng)應用在這個實驗三維PIV系統(tǒng)的TSI公司2009年生產的。它主要包括以下5個設備。的首先是美國新浪潮的YAG200-NWL脈沖激光器,200年喬丹是誰的單脈沖能量、激光脈沖頻率30 Hz,持續(xù)時間3 ns-5 ns,光束直徑0.0035米。第二個是610 035激光嗎脈沖同步器的觸發(fā)定時精度1 ns。第三是630 059 power優(yōu)先4米PIV相機,這是最輕的CCD相機類似產品,2 048×048光敏感像素和16幀/秒幀速率。第四個是了解3 g軟件,用于數據采集、分析,并顯示軟件平臺,嵌入式“哈特”引擎和相關性算法流場分析軟件。第五是610年610年光手臂和光源透鏡等。 圖7顯示了素描的實驗平臺。所有的實驗都交織在江蘇大學。在一個實驗進行開環(huán),包括坦克開空氣,測試泵的吸入閥,卸料管和排放閥門。模型泵只有一個軸吸和蝸殼。在電路、水泵從并返回到一個巨大的水庫。的流量被排出閥和監(jiān)管由電磁流量計測量。的轉速由外加信號檢測。 流量不確定性總是小于0.5%。頭和效率的不確定性分別在1%和1.5%。的實驗數據如表1所示。雙刀模型泵的結構圖7所示。它不同于普通的離心水泵。為了使PIV測試很容易,泵軸,通過吸入室的泵吸入口的同一邊。的semi-spiral吸入腔是由時間組成的不銹鋼,而葉輪和蝸殼是由時間組成的有機玻璃。有機玻璃是均勻的和光滑。同時所有表面的有機食品玻璃拋光,粗糙度是3.2。此外,為了減少背景噪音,沒有測試表面附近的蝸殼和葉輪到吸入室大會之前將是黑色的。最后,由于良好的跟蹤性能和光學性質,以及低價格,氧化鋁粉末選擇作為示蹤粒子在測試,和它的嗎顆粒直徑大約是8微米。 3.2測試方法 相應的數值模擬,三人流條件下測量。中間部分的葉輪是選為測試飛機,如所示Fig.8。測試區(qū)域是區(qū)域1。軸角編碼器發(fā)送每轉脈沖信號,觸發(fā)TSI同步裝置通過外部觸發(fā)同步系統(tǒng)因此每個圖像CCD相機拍攝到的區(qū)域1。 3.3數據采集和處理 首先,相關參數設置的洞察力3 g軟件,使用序列捕獲模式在每個條件收集20個相關圖像。其次,20個圖像在不同的處理條件通過互相關技術,和修改等技術標準偏差,當地的意思平滑值測試和二次峰值。然后,平均的20個矢量文件在Tecplot計算軟件。最后,由于三維速度獲得PIV測試絕對速度,它是必要的合成得到的相對速度。根據速度三角形法、PIV速度合成程序被編譯在visual c++ 2005中。此外,這些向量文件也在Tecplot處理軟件。 3.4測試結果和分析相對速度分布決定該地區(qū)的PIV測量1中給出了Fig.9?；旧峡梢钥闯隽黧w流動通過葉輪入口附近的吸力面相同的工作狀態(tài)。此外,速度逐漸增加從葉輪入口到葉輪出口。同時,回流漩渦存在于中間部分的壓力面,引人注目jet-wake流特性。 針對三種不同的工作條件,隨著流量較高,相對速度的梯度更大而jet-wake流動變得少些明顯。同時規(guī)模、范圍的低速區(qū)域最小化和平滑流動隨著流量的增加。此外,相對的價值速度點蝸舌附近更大比舌頭?？傊?測試結果與計算結果。 Fig.9等高線分布相對速度的PIV測試 4。結論新功能已被添加到執(zhí)行穩(wěn)態(tài)MRF OpenFOAM工具箱雙刀泵模擬,包括耦合接口(GGI)和專門的邊界條件,逆風如離散化方案(高斯)和中亞松馳因素。模擬結果顯示的主要特征泵葉輪流道流場的雙刀很好的預測。與此同時,葉輪的流動雙刀泵由PIV測試技術。通過比較數值模擬的結果和測試結果,一些結論達成如下: 首先,相對速度而言,有一個非凡的jet-wake中間附近的流型方在進口的壓力。隨著流量的增加,回流往往消失,這些值速度逐漸增加。此外,的值蝸舌附近的速度經歷嚴重波動。此外,在相同的工作條件下,同等速度區(qū)形成在中間通道由于速度之間的巨大變化壓力面和吸力面。 其次,每個圓的靜態(tài)壓力隨著半徑的增加在相同的工作條件除了在蝸舌附近,相當大減少由于蝸殼的作用。這個功能隨著流量的增加變得不明顯的。從整個葉輪流道,最低的靜態(tài)壓力吸力面附近出現葉輪入口達到最高的靜壓附近的壓力出口。此外,有一個平等的靜態(tài)中間通道在高壓力區(qū)流條件和吸力面面積擴大隨著流量的上升。 第三,總壓強分布的特點與靜壓是相似的。然而,高、低總壓出口附近區(qū)域存在葉輪由于尾流的影響,和他們在低流量條件下非常明顯。但是,在高流量條件下,他們分別不清的。與此同時,蝸舌附近的點證人大幅波動。 最后,PIV測試結果有一個很好的協(xié)議與數值模擬的結果。它表明了OpenFOAM是一個功能強大的仿真平臺可以添加所需的功能更好模擬復雜流動行為。這也奠定了基礎促進數值準確性和effi234熟悉泵的內部流動模擬通過改善該算法在OpenFOAM和湍流模型。