叶片厚度分布对风机结构强度的影响研究(附件)【字数：15021】
摘 要摘 要离心式通风机作为一种简单机械，在各行各业都是必不可少的一种机械工具，所以被广泛的应用在农田、工厂、船舶、钢铁以及建筑通风等多个领域，涉及面非常广，可以说在我们生活的每一个角落。正是因为它被广泛使用，所以我们如何让离心风机的结构强度得到保证以免发生重大安全事故的前提下，又要尽量控制一些能够改变的因素，例如工作时的噪声，震动，能量损失等等，这一些都会影响人们对于它的使用，不能一味的追求安全性能，也要强调别的方面的发展。本课题主要研究的是叶片厚度分布对离心风机结构强度的影响，因为不同的叶片厚度和叶轮配合时会产生不同的震动频率，噪声，能量的损失。但是最为关键的是如何改变叶片的厚度来保证离心风机结构完整，本文运用现代设计方法对不同厚度叶片进行强度计算、结构参数优化和流场模拟，为离心风机的叶片厚度的设计和改进提供参考。 （1）本文的研究对象是不同厚度的叶片，研究叶片对离心风机结构上的影响，通过观察学校实验室的离心风机，利用Pro/E软件建立离心式通风机及叶片的三维实体模型。（2）运用CFD计算风机的结构强度，运用仿真软件对模型进行CFD和结构仿真，对仿真数据进行处理，校核风机的模型。（3）学习和使用ANSYS软件，对叶片进行分析，研究叶片在静力学方面的各种表现。（4）对各项数据进行比较，寻找出最合适的叶片厚度和叶片分布。本次研究的最终结果是通过观察叶片的极限应力和叶片的形变量综合考虑和选取最适合的叶片，最终选取了叶片厚度0.9mm和叶片个数40个的组合形式的离心风机。关键词离心风机；叶片；ANSYS建模
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外离心风机的发展现状 1
1.3 离心风机的分类 3
1.4技术路线 4
1.5 本文研究内容 4
第二章 离心风机的基本理论和模型 6
2.1离心风机的基本结构 6
2.1.1离心风机的主要部件 6
2.1.2离心风机的基本方程 8
2.1.3叶片形状对出口压力的影响 9
2.2离心风机模型的建立 10
2.2.1Pro/E软件简介 10
2.2.2离心风机模型的建立 10
2.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
本章小结 12
第三章 离心风机的流体动力学分析 13
3.1 叶片强度的传统计算方法 13
3.2数值模拟理论基础 14
3.3 风机流道前处理 16
3.4 计算结果分析 17
3.4.1 风机流场模拟结果 18
3.4.2 叶轮流道计算结果 21
3.5 本章小结 23
第四章 离心风机叶片静力学分析 25
4.1建立有限元模型 25
4.2耦合分析基础 25
4.3叶片的静力分析结果 27
4.4本章小结 33
第五章 结论与展望 34
5.1结论 34
5.2 展望 34
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
风机就是把气体输送和气体压缩的机械。我国的离心式风机大多数分为鼓风机、压缩机、通风机以及罗茨鼓风机，但是在我国的离心式风机中并不包括活塞式压缩机和等容积式鼓风机。通常我们如何区别或者分别风机类型，一般我们是采用观察风机内部空气流动方向来对风机进行分类，这样的话就可以把风机大致分为三个类型[1]，其中占据重要部分的是轴流式、离心式和混流式三种类型。在本文中我们主要是对离心风机进行研究，离心通风机在随着国家的发展和城市建设的进行以及工业的进步作用非常明显，在很多行业都有使用，资料显示至2017年风机行业市场规模将达到1500亿元，所以如何能够保证如此大规模的离心风机正常运转就显得尤为重要，因为只要发生了事故就会是很严重的事故，有可能造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此提升离心通风机的结构强度对各个领域的安全运转有十分重要的意义。提升离心风机结构强度的方法有很多种，改变风机材质，改变叶轮结构，改变叶片材质，本文我们讨论的是改变叶片厚度对离心风机结构的影响。现如今很多的企业为了使离心风机能够尽量减少噪音和能耗，就将离心风机的叶片做薄，这样做确实可以使能耗和噪音降低，但是随之而来的就是离心风机结构强度的变化，为了避免离心通风机的结构遭到破坏，本文以不同的叶片厚度为研究对象，采用数值模拟的方法对离心通风机的结构强度和叶片进行研究，并在此基础上展开对叶片厚度的研究变化叶片厚度进行比较和优化。目的通过研究能够知道各种叶片厚度下对离心风机结构强度影响的不同，能够找出最适合的叶片厚度，既能保证良好的经济性和噪音也能确保其结构强度。
1.2 国内外离心风机的发展现状
离心风机在机械领域中不算复杂，但是却极其重要，因为他在各行各业的使用率非常高，是工业，农业，船舶业等行业中非常重要的一种通用机械，在我们的日常生活中也扮演着很重要的角色也许你并没有发现它，但是它就在你身边。在整个风机行业中离心风机可能要占据一半的份额，这个比例是十分高的，除了它的利用率很高还有一个比较重要的点是它发展的非常早，并且现在的技术也比较完善，制造模式已经非常规范化。早在公元前5世纪世界上第一台离心泵就出现了葡萄牙人在一座铜矿中使用了第一台排水离心泵。这台世界上第一台排水离心泵目前陈列于法国国立巴黎博物馆中。法国物理学家德尼斯帕潘在1705 年创造出了一种全新的离心泵，主要功能是用来提升液体的，并且这个泵有了一个很大的进步，因为这个泵的叶轮采用了多叶片形式，并且泵壳采用了像蜗牛壳一样的泵壳，这为后面的蜗壳打下了基础。1862年，英国的科学家圭贝尔将离心风机进一步改进，将叶轮、机壳设计成了同心圆型，并且机壳采用了砖制，叶轮采用木制，并且使用后向直叶片，但是效率比较低下，仅为40%左右，当时主要应用在矿山上进行通风。1880年，人们为了向矿井输送新鲜的空气将机壳也设计成了蜗形，并且将离心风机的叶片变化成后向弯曲，这时的离心式通风机的结构已比较完善。我国由于战争和工业起步比较晚，所以在离心风机设计制造方面于西方相比比较落后，从20世纪50年代开始，我国的设计人才缺失和工业水平的落后致使我国主要是学习国外的先进风机设计与制造的技术，只能够生产比较通用的离心风机；20世纪60、70年代[1]，我国逐渐开始进行风机的独立设计和生产，这位我国以后的风机行业的发展提供了基础，在这期间总共设计出11个系列的风机，109种不同规格的离心式通风机，其中很大一部分还作为节能高效产品得到了国家的大力扶持和推广，也正是因为国家的大力支持，在20世纪80、90年代，由于我国改革开放的大力发展，很多国外的公司进入中国建立公司厂房，离心风机行业才能快速的发展，在通过不断和国外公司的合作和学习交流中出现了一批风机设计人才，因为这一批人才的出现使得许多风机生产企业有了长足的进步，为能源、化工、纺织以及环保等重要行业的生产和提供性能优良安全可靠的离心风机。从2000年开始，我国的工业化水平快速发展，工业生产越来越向技术方面转型，这些新的技术和方式方法给离心风机行业的持续稳定的发展创造了机遇，2000到2007年离心风机行业收入总额以每年20%左右的幅度持续增长，在2007年离心风机销售市场规模达到大约230亿元。 虽然我国在这几十年中的离心风机行业的发展非常快，但是与国外企业先进完善的技术相比，仍然存在较大的差距，主要表现在以下几个方面：
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外离心风机的发展现状 1
1.3 离心风机的分类 3
1.4技术路线 4
1.5 本文研究内容 4
第二章 离心风机的基本理论和模型 6
2.1离心风机的基本结构 6
2.1.1离心风机的主要部件 6
2.1.2离心风机的基本方程 8
2.1.3叶片形状对出口压力的影响 9
2.2离心风机模型的建立 10
2.2.1Pro/E软件简介 10
2.2.2离心风机模型的建立 10
2.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
本章小结 12
第三章 离心风机的流体动力学分析 13
3.1 叶片强度的传统计算方法 13
3.2数值模拟理论基础 14
3.3 风机流道前处理 16
3.4 计算结果分析 17
3.4.1 风机流场模拟结果 18
3.4.2 叶轮流道计算结果 21
3.5 本章小结 23
第四章 离心风机叶片静力学分析 25
4.1建立有限元模型 25
4.2耦合分析基础 25
4.3叶片的静力分析结果 27
4.4本章小结 33
第五章 结论与展望 34
5.1结论 34
5.2 展望 34
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
风机就是把气体输送和气体压缩的机械。我国的离心式风机大多数分为鼓风机、压缩机、通风机以及罗茨鼓风机，但是在我国的离心式风机中并不包括活塞式压缩机和等容积式鼓风机。通常我们如何区别或者分别风机类型，一般我们是采用观察风机内部空气流动方向来对风机进行分类，这样的话就可以把风机大致分为三个类型[1]，其中占据重要部分的是轴流式、离心式和混流式三种类型。在本文中我们主要是对离心风机进行研究，离心通风机在随着国家的发展和城市建设的进行以及工业的进步作用非常明显，在很多行业都有使用，资料显示至2017年风机行业市场规模将达到1500亿元，所以如何能够保证如此大规模的离心风机正常运转就显得尤为重要，因为只要发生了事故就会是很严重的事故，有可能造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此提升离心通风机的结构强度对各个领域的安全运转有十分重要的意义。提升离心风机结构强度的方法有很多种，改变风机材质，改变叶轮结构，改变叶片材质，本文我们讨论的是改变叶片厚度对离心风机结构的影响。现如今很多的企业为了使离心风机能够尽量减少噪音和能耗，就将离心风机的叶片做薄，这样做确实可以使能耗和噪音降低，但是随之而来的就是离心风机结构强度的变化，为了避免离心通风机的结构遭到破坏，本文以不同的叶片厚度为研究对象，采用数值模拟的方法对离心通风机的结构强度和叶片进行研究，并在此基础上展开对叶片厚度的研究变化叶片厚度进行比较和优化。目的通过研究能够知道各种叶片厚度下对离心风机结构强度影响的不同，能够找出最适合的叶片厚度，既能保证良好的经济性和噪音也能确保其结构强度。
1.2 国内外离心风机的发展现状
离心风机在机械领域中不算复杂，但是却极其重要，因为他在各行各业的使用率非常高，是工业，农业，船舶业等行业中非常重要的一种通用机械，在我们的日常生活中也扮演着很重要的角色也许你并没有发现它，但是它就在你身边。在整个风机行业中离心风机可能要占据一半的份额，这个比例是十分高的，除了它的利用率很高还有一个比较重要的点是它发展的非常早，并且现在的技术也比较完善，制造模式已经非常规范化。早在公元前5世纪世界上第一台离心泵就出现了葡萄牙人在一座铜矿中使用了第一台排水离心泵。这台世界上第一台排水离心泵目前陈列于法国国立巴黎博物馆中。法国物理学家德尼斯帕潘在1705 年创造出了一种全新的离心泵，主要功能是用来提升液体的，并且这个泵有了一个很大的进步，因为这个泵的叶轮采用了多叶片形式，并且泵壳采用了像蜗牛壳一样的泵壳，这为后面的蜗壳打下了基础。1862年，英国的科学家圭贝尔将离心风机进一步改进，将叶轮、机壳设计成了同心圆型，并且机壳采用了砖制，叶轮采用木制，并且使用后向直叶片，但是效率比较低下，仅为40%左右，当时主要应用在矿山上进行通风。1880年，人们为了向矿井输送新鲜的空气将机壳也设计成了蜗形，并且将离心风机的叶片变化成后向弯曲，这时的离心式通风机的结构已比较完善。我国由于战争和工业起步比较晚，所以在离心风机设计制造方面于西方相比比较落后，从20世纪50年代开始，我国的设计人才缺失和工业水平的落后致使我国主要是学习国外的先进风机设计与制造的技术，只能够生产比较通用的离心风机；20世纪60、70年代[1]，我国逐渐开始进行风机的独立设计和生产，这位我国以后的风机行业的发展提供了基础，在这期间总共设计出11个系列的风机，109种不同规格的离心式通风机，其中很大一部分还作为节能高效产品得到了国家的大力扶持和推广，也正是因为国家的大力支持，在20世纪80、90年代，由于我国改革开放的大力发展，很多国外的公司进入中国建立公司厂房，离心风机行业才能快速的发展，在通过不断和国外公司的合作和学习交流中出现了一批风机设计人才，因为这一批人才的出现使得许多风机生产企业有了长足的进步，为能源、化工、纺织以及环保等重要行业的生产和提供性能优良安全可靠的离心风机。从2000年开始，我国的工业化水平快速发展，工业生产越来越向技术方面转型，这些新的技术和方式方法给离心风机行业的持续稳定的发展创造了机遇，2000到2007年离心风机行业收入总额以每年20%左右的幅度持续增长，在2007年离心风机销售市场规模达到大约230亿元。 虽然我国在这几十年中的离心风机行业的发展非常快，但是与国外企业先进完善的技术相比，仍然存在较大的差距，主要表现在以下几个方面：
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