数值分析第二版(丁丽娟)答案

三叶转子气冷式罗茨真空泵的流场数值分析

第47卷第6期2010年11月 真空VACUUM Vol.47,No.6Nov.2010 收稿日期：2010-04-02作者简介：戴映红（1974-），女，浙江省台州市人，硕士，讲师。 通讯作者：张宝夫，教授级高工。 三叶转子气冷式罗茨真空泵的流场数值分析 戴映红1，钟云会2，黄智敏2，张宝夫 1 （1.台州职业技术学院，浙江台州318000；2.浙江真空设备集团有限公司，浙江台州318000）摘 要：本文利用数值模拟软件FLUENT 建立三叶转子气冷式罗茨真空泵的二维计算模型，采用动网格 技术对气冷式罗茨真空泵内部流动进行动态模拟。分析了转子在转动情况下泵内部流场的变化、内部流场的压强分布以及进排气腔的速度分布，得出泵内部流场的流动规律,为气冷式罗茨真空泵的设计和分析提供理论依据，同时可以用于气冷式罗茨真空泵的性能预测及优化设计。关键词：气冷式罗茨真空泵;三叶转子;数值模拟中图分类号： TB752+.26文献标识码：A 文章编号：1002-0322（2010）06-0037-04 Simulative analysis of flow field of air-cooled Roots vacuum pump with trifolium rotor DAI Ying-hong 1,ZHONG Yun-hui 2,HUANG Zhi-min 2,ZHANG Bao-fu 1 (1.Taizhou Vocational &Technical College,Taizhou 318000,China; 2.Zhejiang Vacuum Equipment Group Co.,Ltd.Taizhou 318000,China ) Abstract:A 2-D computational model was developed for an air -cooled Roots vacuum pump with trifolium rotor by the numerical simulation software FLUENT,where the airflow inside the pump was dynamically simulated by the movable gridding technique.The change and pressure distribution in the flow field inside the pump when the rotor is rotating were analyzed,as well as the pumping speed distribution at air inlet and outlet.As a result,how the air flows in the flow field is found,thus providing a theoretical reference for the design and analysis of the air -cooled Roots vacuum pump,and it is available to the prediction of the performance of the pump and its design optimization. Key words:air-cooled Roots vacuum pump;trifolium rotor;numerical simulation 气冷式罗茨真空泵具有结构简单、工作可靠等优点，近年来广泛应用于大型空间模拟装置、汽轮机动平衡装置、化工等各行业，市场前景广阔、经济效益显著。在文献[1]中已经对气冷式罗茨真空泵转子的型线进行分析比较，从中可知在泵的中心距和外圆半径相同的条件下，转子叶数越多，容积利用系数λ越大。目前国内的气冷式罗茨真空泵的转子基本上是两叶宽头圆弧摆线型线，试验表明将气冷式罗茨真空泵的转子结构从两叶圆弧摆线转子改为三叶圆弧摆线转子，可显著提高抽气速率和降低噪声。 气冷式罗茨真空泵的结构及运转特点使其难以通过实验工具对内部流动进行检测。随着计算机技术的发展，CFD 越来越多地应用于流体设 备的设计和流场分析中，CFD 数值模拟可真实地 显示流体的流动状况。本文采用广泛应用于CFD 行业的FLUENT 软件模拟三叶转子气冷式罗茨真空泵的内部流动，分析内部流场的流动情况，为气冷式罗茨真空泵及同类产品的优化设计提供参考。 1计算模型 1.1基本方程 ①连续性方程 鄣ρ+div (ρu i )=0 （1） ②运动方程

圆柱形弹丸绕流流场数值分析

Ξ圆柱形弹丸绕流流场数值分析3 鞠玉涛,周长省 (南京理工大学机械学院,江苏南京210094) [摘要]用数值模拟方法研究圆柱形弹丸绕流流场特性,出发方程为雷诺平增多的N2S方程,湍流 模型为k2Ε两方程模型,数值格式为二阶迎风格式,得到了圆柱形弹丸在亚、跨和超音速下的绕流 流场结构和阻力系数,并在此基础上给出了圆柱形弹丸头部阻力系数近似解析计算公式,与数值 计算方法结果对比证明:其计算精度可以满足工程设计的要求。 [关键词]数值模拟;纳维2斯托克斯方程;弹丸;空气动力学 [中图分类号]TJ011 [文献标识码]A 1　引　言 子母战斗部是提高弹箭威力的重要技术措施,其中,母弹开仓抛散及子弹丸弹道计算与分析等是子母战斗部设计中的关键技术,子弹丸的空气动力特性计算与分析是子弹丸弹道的前提条件,因此深入研究子弹丸的空气动力特性就显得非常重要。 由于子弹丸装填空间的限制以及子弹丸结构设计的特点,目前常采用的子弹丸气动外形为圆柱形结构,而此类气动外形在传统的空气动力工程计算方法中难以给出精确的计算结果,为此采用求解可压缩N2S方程的数值模拟技术,对一种典型的圆柱形子弹丸绕流流场特性及其阻力构成进行了数值计算分析,并在数值分析的基础上,建立物理模型,给出圆柱形弹丸头部阻力系数的近似解析计算方法,为子母战斗部的设计提供理论基础。 2　控制方程及数值方法 计算采用雷诺平均的二维轴对称可压缩N2S方程,假设空气为完全气体,湍流附加粘性系数由高雷诺数k2Ε两方程模型计算,控制方程见公式(1)～(6): 5U t+5E x+ 5F y+H=F v is(1) U=(Θ,Θu,Θv,e)T(2) E=(Θu,Θuu+P,Θuv,(e+p)u)T(3) F=(Θv,Θvu,Θvv+P,(e+p)v)T(4) e=Θ(C v T+u2-v2 2 )(5) H=-Θu y (1,u,v,e+P)T(6) Θ为气流密度,P为气流压力,u,v分别为x,y方向上的气流速度,e为气流总能,F v is为粘性项,其计算公式参见文献[1]。数值格式采用二阶迎风格式[2]。 方程差分求解的定解条件: (1)来流边界条件为:对于超音入口,给定无穷远来流条件;对于亚音速入口,给定来流的总压和总温边界条件,而速度采用外推。 (2)下游边界条件为:对于超音速出口,边界条件采用外推;对于亚音速出口,给定出口压力,其 Ξ收稿日期:2001205223 作者简介:鞠玉涛(1967—),男,江苏南京人,博士,讲师;研究方向:火箭武器系统总体技术。

基于FLUENT的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析

第29卷第2期苏　州　大　学　学　报(工　科　版)V o l.29N o.2 2009年4月J O U R N A LO FS U Z H O UU N I V E R S I T Y(E N G I N E E R I N GS C I E N C EE D I T I O N)A p r.2009 文章编号:1673-047X(2009)-02-038-05 基于F L U E N T的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析 郭　杰1,冯志华1,曾庭卫2 (1.苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021;2.宝时得机械(苏州)有限公司,江苏苏州215021) 摘　要:采用流体动力学计算软件F L U E N T,对喷气织机主喷嘴引纬气流场进行较完整的三维数值模拟,与相关文献的实验值进行比较,结果证明了基于F L U E N T软件对喷气织机主喷嘴的气流流场进行数值分析的有效性与可行性,而且数值仿真优点较试验更全面,可解释喷嘴芯出口处的压力降低等试验难以观察的现象,为主喷嘴的设计提供了理论指导。 关键词:喷气织机;主喷嘴;F L U E N T;三维数值模拟 中图分类号:T S103.33+7;0358 文献标识码:A 0　引　言 计算流体力学(C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s,C F D)技术的发展为喷气织机主喷嘴的多维理论研究带来新思路和新方法。传统喷气织机主喷嘴的分析以实验为基础,分析的周期较长,试验的费用较高。随着计算机内存和并行技术的发展,数值模拟开始更为广泛地应用于节流装置的设计和流场分析中[1]。C F D是一种有效地研究流体动力学的数值模拟方法,它大大减少了试验费用、时间。近年来,C F D越来越多地应用于流体设备的设计和流场的分析中,在计算机上完成一次完整的计算及分析,就相当于在计算机上做一次物理实验,数值模拟可以形象地再现流动情景[2]。因此,C F D成为一种重要的设计和分析方法。本文使用广泛应用于C F D行业的F L U E N T软件分析主喷嘴内部压缩气体的流动情况。实验方法会受到模型尺寸、传感器或探针对流场的干扰、流场扰动、测量精度的限制,有时难以实现。 1　主喷嘴的结构特点及作用[3] 主喷嘴的结构及描述见文献[4]。 目前主喷嘴的主要应用分为两类:一类是用于管道片式喷气织机;另一类是用于异形筘式喷气织机,目前该类主喷嘴的使用范围较广泛,故为本文的主要研究对象。 主喷嘴的作用主要有两方面:①将进入主喷嘴的压缩空气按工艺要求进行调制,加速并充分地作用于纬纱表面,使纬纱从静止加速到引纬所需要的飞行速度;②将纬纱输送到异形筘槽内,并确定纬纱正确进入异形筘槽内的角度和位置。 2　喷气织机主喷嘴C F D模拟的数值方法研究 C F D方法研究基于流体流动的质量、动量和能量守恒的3个传递方程,对于不同相态的工作流体可能还要添加适当的状态方程。为了使方程有解,通常添加湍流模型来处理雷诺应力项。 收稿日期:2008-11-20 作者简介:郭　杰(1984-),男,硕士研究生,主要研究方向为机械动力学及控制。 基金项目:横向资助项目(编号P1117704)。