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跨声速离心机风阻力矩的数值计算

跨声速离心机风阻力矩的数值计算

作者：常硕电子科技大学

学位级别：硕士

离心机通过高速转动产生离心力,作用在样品上,来模拟样品所承受的力学环境。由于其生产成本高、生产周期长、制造安装工程巨大,在设计之初通过数值模拟方法利用计算机设备对离心机的重要流场参数进行数值模拟,是目前备受关注的研究课题... 详细信息

离心机通过高速转动产生离心力,作用在样品上,来模拟样品所承受的力学环境。由于其生产成本高、生产周期长、制造安装工程巨大,在设计之初通过数值模拟方法利用计算机设备对离心机的重要流场参数进行数值模拟,是目前备受关注的研究课题。本文以某跨声速离心机为研究对象,以计算流体动力学为基础,通过对其流场进行数值计算,得到其风阻力矩大小及波动情况,为其驱动电机的选择和结构优化提供数据和经验。具体研究内容如下:(1)跨声速离心机流场数值仿真方法研究。推导并确定了考虑空气压缩性时空气的各项物性参数。分析对比了标准k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型和RS模型四种湍流模型对跨声速离心机流场数值模拟的精确度。对离心机的几何建模、网格划分、边界条件设定、近壁面处理方法、交界面位置等关键参数进行了讨论分析。(2)在定常状态下,对常速59.7rad/s、跨声速119.4rad/s和0.01atm下59.7rad/s三个不同工况下的离心机流场进行数值模拟,在流场中建立水平方向和竖直方向的观测点,就观测点处的速度和压力进行了记录与分析,从而得到流场中的速度分布和压力分布。推导并确定了真空状态下空气的物性参数。对不同转速下离心机风阻力矩进行数值计算,并拟合出转速-力矩公式,验证了离心机转速与风阻力矩的二次关系。(3)在非定常状态下,对常速59.7rad/s和跨声速119.4rad/s两个工况的离心机风阻力矩进行了数值计算,采样离心机转动两圈的数据,通过对采样数据分析得到其风阻波动情况。改变转臂倾斜角度并进行数值计算,对计算结果进行横向对比分析,验证了该方案对减小离心机风阻波动的有效性。

关键词：离心机跨声速风阻力矩风阻波动

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风阻力矩数值模拟与基于伴随矩阵的整流优化

风阻力矩数值模拟与基于伴随矩阵的整流优化

基于Workbench平台无人机光电吊舱风阻力矩仿真研究

中国造船工程学会电子技术学术委员会2017年装备技术发展论坛

作者：徐太栋中国船舶重工集团公司第七二四研究所

利用RNG k-ε湍流模型对精密离心机机箱内的空气流场进行数值模拟,研究了RNG k-ε模型在亚临界雷诺数绕流中应用的可行性,讨论了尺度化壁面函数和增强型近壁面处理在绕流问题中的适用性;通过数值模拟得到的精密离心机风阻力矩与测试结... 详细信息

利用RNG k-ε湍流模型对精密离心机机箱内的空气流场进行数值模拟,研究了RNG k-ε模型在亚临界雷诺数绕流中应用的可行性,讨论了尺度化壁面函数和增强型近壁面处理在绕流问题中的适用性;通过数值模拟得到的精密离心机风阻力矩与测试结果相符,验证了论文的数值模拟方法;数值模拟表明,精密离心机角速度波动主要由离心机钝体表面的空气漩涡脱落造成。对离心机流场的边界层分离问题进行了数值模拟,并为离心机负载设计了整流罩,风阻波动降低了75%;基于伴随矩阵求解器的整流优化能够提高设计效率,降低设计门槛,具有较广阔的应用前景。

关键词：精密离心机风阻力矩钝体绕流 RNG k-ε模型

来源： cnki会议评论

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长春理工大学学报（自然科学版） 2014年第2期37卷 37-41页

作者：迟圣威朱镭闫伟亮吕勃龙张新西安应用光学研究所西安710065

机载光电吊舱所受的气动载荷会对其自身的运动特性产生影响,受到了结构设计人员的高度重视。传统的计算方法是基于经验公式来计算风阻力矩,有很大的局限性。采用计算流体力学方法计算吊舱的风阻力矩。基于Workbench平台获得吊舱在方位... 详细信息

机载光电吊舱所受的气动载荷会对其自身的运动特性产生影响,受到了结构设计人员的高度重视。传统的计算方法是基于经验公式来计算风阻力矩,有很大的局限性。采用计算流体力学方法计算吊舱的风阻力矩。基于Workbench平台获得吊舱在方位和俯仰运动下的风阻力矩结果,同时给出了不同角度下的变化趋势。该方法具有在较短时间内给出计算结果的优势,满足工程任务节点高度时效性的需要,也给设计人员提供了很好的参考。

关键词：光电吊舱风阻力矩准静态模型方位俯仰运动电机选择

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高速人字齿轮副风阻损失及其影响因素分析

航空动力学报 2021年第7期36卷 1533-1544页

作者：林腾蛟刘瑞锐重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

建立高速人字齿轮副外部空气的流体动力学模型,基于RNG(re-normalization grop)k-ε湍流模型及动网格技术,仿真分析了齿轮周围气流瞬态特性,阐明了齿轮风阻损失机理,研究了齿轮副转速、转向和螺旋角变化对风阻功率的影响规律。结果表明... 详细信息

建立高速人字齿轮副外部空气的流体动力学模型,基于RNG(re-normalization grop)k-ε湍流模型及动网格技术,仿真分析了齿轮周围气流瞬态特性,阐明了齿轮风阻损失机理,研究了齿轮副转速、转向和螺旋角变化对风阻功率的影响规律。结果表明:齿轮副风阻损失主要来源于齿面压差力矩,风阻功率近似与转速的3次方成正比;齿轮副正反转将改变轮齿周围气流方向及齿面最大压差位置,但对风阻功率无影响;螺旋角增大有利于降低风阻功率,螺旋角越大,齿轮副风阻功率降低越显著。单齿风阻力矩曲线呈周期变化,通过啮合区时出现增大-减小至负值-再增大-减小至平稳的波动特性,在非啮合区时趋于平稳;单齿风阻力矩波动值随转速增大而增大,随螺旋角增大而减小。

关键词：人字齿轮副风阻损失计算流体动力学(CFD) 瞬态模拟风阻力矩

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基于CFD的精密离心机风阻优化

工程设计学报 2014年第6期21卷 572-577页

作者：徐太栋杜平安王炼黄鹏冯加权张映梅电子科技大学机械电子工程学院四川成都611731 中国工程物理研究院四川绵阳621900

为了研究精密离心机的风阻力矩,利用RNGk-ε湍流模型与增强型近壁面处理方法对精密离心机的空气流场进行了数值模拟.得到的离心机风阻力矩与测试结果相符,验证了该数值模拟方法的可行性;在水平流场中对不同外型的负载整流结构进行了数... 详细信息

为了研究精密离心机的风阻力矩,利用RNGk-ε湍流模型与增强型近壁面处理方法对精密离心机的空气流场进行了数值模拟.得到的离心机风阻力矩与测试结果相符,验证了该数值模拟方法的可行性;在水平流场中对不同外型的负载整流结构进行了数值模拟,结果表明锥形整流结构整流效果最好,同时研究了几何参数对整流效果的影响;基于水平流场负载整流优化设计结果,设计了5种离心机负载的整流方案,并对各种方案的风阻力矩及其波动进行了数值计算.结果表明,锥形整流结构能将风阻波动降低为整流前的25%.

关键词：精密离心机风阻力矩 RNGk-ε模型

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精密离心机空气流场的数值模拟

精密离心机空气流场的数值模拟

作者：徐太栋电子科技大学

学位级别：硕士

精密离心机是用于标定惯性导航系统中加速度计的一种专用设备,通过施加一系列加速度载荷对加速度计进行校准。因为加速度计的精度直接影响整个导航系统的性能,因此,提高精密离心机的加速度载荷精度具有重要研究意义与应用价值。本文结... 详细信息

精密离心机是用于标定惯性导航系统中加速度计的一种专用设备,通过施加一系列加速度载荷对加速度计进行校准。因为加速度计的精度直接影响整个导航系统的性能,因此,提高精密离心机的加速度载荷精度具有重要研究意义与应用价值。本文结合中国工程物理研究院研制的精密离心机,通过数值模拟、理论分析和实验等方法研究了精密离心机空气流场的特性,具体研究内容包括:(1)利用钝体绕流问题研究湍流模型、近壁面处理、展向效应、网格分辨率等因素对钝体分离流动模拟结果的影响,确定了离心机流场模拟方法;(2)通过数值模拟与理论解的对比选择出了适用于离心机旋转流场的数值模拟方法;通过理论推导和数值模拟两种方法研究了离心机转盘风阻力矩的变化规律,实验结果证明了本文数值模拟方法可行;通过理论分析与数值模拟研究了机箱尺寸、孔缝等对风阻力矩的影响;(3)研究了不同工况下离心机风阻力矩及其波动的变化规律;通过添加整流罩的方式削弱风阻波动,将风阻波动降低为整流前的25%;通过理论推导证明了风阻波动引起的载荷误差与风阻波动之间存在线性关系;(4)基于伴随矩阵求解器计算出了负载迎风面上的形状敏感度分布,利用灵敏度优化方法通过局部网格调整的方式得到了负载迎风面的最佳几何外形;给出了优化计算过程中的求解细节,并指出钝体外型灵敏度优化方法相对于传统CFD优化方法的优点;(5)研究讨论了静压气体轴承的两种数值模拟方法:使用五点差分格式离散求解气体雷诺润滑方程,基于MATLAB编写了静压气体径向轴承承载力与压力分布的通用求解程序;基于Fluent求解静压气体止推轴承的气膜流场,讨论了影响仿真结果的因素;基于数值模拟结果,比较了以上两种方法在求解轴承气膜流场中的优缺点;(6)基于静压气体轴承静态特性的分析结果,给出了转子临界转速的三种简易计算方法,并分析了影响临界转速计算精度的因素。

关键词：精密离心机钝体绕流风阻力矩静压气体轴承雷诺方程

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精密离心机流场数值仿真与整流罩形状优化

精密离心机流场数值仿真与整流罩形状优化

作者：王炼电子科技大学

学位级别：硕士

精密离心机是一种典型的高精度惯性仪表校准装置,其精度和误差影响着惯性仪表的精度和误差。为了提高精密离心机的校准精度,必须考虑机箱内部空气流场、流-固耦合等作用对其精度的影响,并通过整流罩优化降低流场对其精度影响。本论文以... 详细信息

精密离心机是一种典型的高精度惯性仪表校准装置,其精度和误差影响着惯性仪表的精度和误差。为了提高精密离心机的校准精度,必须考虑机箱内部空气流场、流-固耦合等作用对其精度的影响,并通过整流罩优化降低流场对其精度影响。本论文以精密离心机为研究对象,结合项目合作方对项目相关要求,以及国内外相关研究状况,开展以下内容研究:(1)研究不可压缩气体流场数值计算理论,结合离心机模型,总结一套适用于离心机流场数值仿真的方法。对离心机流场数值模拟过程中湍流模型选择、近壁面处理方法、旋转流场处理方法等技术细节做了详细和全面研究。(2)验证离心机流场数值仿真方法正确性。对比已经投入使用的10-5精密离心机流场仿真结果和实验测试结果,验证仿真方法的正确性;运用数值仿真方法研究离心机旋转速度、机箱相关特征对求解结果的影响;利用精密离心机流场数值计算法对10-6离心机流场进行数值模拟。(3)精密离心机流-固耦合仿真分析方法研究。对离心机加速度误差模型进行理论推导,结合流-固耦合仿真结果,对其进行误差分析,为离心机精度预估和误差补偿提供参考。(4)研究三维平动流场中钝体整流方案。通过对整流形状进行灵敏度分析,并以降低平均风阻和脉动风阻为优化目标,得到了一套较为通用的钝体整流方案,为离心机整流罩形状优化提供了基础。(5)研究精密离心机整流罩形状优化方案。通过对离心机进行斜坡整流、半圆柱整流、斜圆柱整流、斜坡变截面倒圆角整流、圆锥倒圆角整流等五种整流方案的研究和对比,得到最终整流罩设计方案。

关键词：精密离心机风阻力矩钝体绕流流-固耦合整流罩设计

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滚珠轴承动量轮最佳运行状态的实验确定

光学精密工程 1984年第2期 91-102页

作者：卢靖华北京控制工程研究所

对于35牛顿·米·秒偏置动量轮,在轴承加载量为2公斤到10公斤范围内,环境真空度从1×10;τ到1个大气压范围内,进行了实验研究。结果指出,在轴承预载为10公斤左右,环境真空度约为1τ时,达到最佳运行状态。稳态功耗小于8W,与国外同类产品... 详细信息

对于35牛顿·米·秒偏置动量轮,在轴承加载量为2公斤到10公斤范围内,环境真空度从1×10;τ到1个大气压范围内,进行了实验研究。结果指出,在轴承预载为10公斤左右,环境真空度约为1τ时,达到最佳运行状态。稳态功耗小于8W,与国外同类产品一致。

关键词：真空度转速滚珠轴承滚动轴承风阻力矩动量轮轴承温升稳态功耗预载

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机载光电平台风阻分析

长春理工大学学报（自然科学版） 2011年第2期34卷 80-82,89页

作者：刘家燕中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

机载光电平台安装在飞行器外部,以捕获、跟踪和记录地面目标,并获取图像;还用于目标测角和目标自动跟踪。光电平台必须克服任何外部阻力的扰动,使其内部的光学系统光轴保持稳定。在一定的飞行条件下,光电平台在空中随飞行器飞行时,会产... 详细信息

机载光电平台安装在飞行器外部,以捕获、跟踪和记录地面目标,并获取图像;还用于目标测角和目标自动跟踪。光电平台必须克服任何外部阻力的扰动,使其内部的光学系统光轴保持稳定。在一定的飞行条件下,光电平台在空中随飞行器飞行时,会产生作用于自身的空气阻力,空气阻力对光电平台旋转体-方位轴和俯仰轴的影响很大,为确保视轴的稳定,保证设备的跟踪和成像质量的同时,减轻重量,合理选择转轴的驱动元器件,必须对光电载荷平台所受空气阻力及风阻力矩进行分析、计算。

关键词：光电平台空气阻力风阻力矩