新型倒伞型曝气机曲面叶轮优化设计地研究 (1)

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1、学校代码：10406分类号：X703学号：110085201005南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）新型倒伞型曝气机曲面叶轮优化设计研究硕士研究生：邱彬彬导师：邢普申请学位级别：硕士学科、专业：机械工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2014年6月授予学位单位：南昌航空大学万方数据ResearchesontheOptimizedDesignofNew-typeInvertedUmbrellaAeratorCurvedSurfacesImpellerADissertationSubmitte

2、dfortheDegreeofMasterOnMechanicalEngineeringbyQiuBinbinUndertheSupervisionofProf.XingPuSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2014万方数据南昌航空大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下，在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研

3、究工作所取得的成果。尽我所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。签名：日期：南昌航空大学硕士学位论文使用授权书本论文的研究成果归南昌航空大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学，可以采用影印、缩印或其他复制

4、手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）签名：导师签名：日期：万方数据摘要为了解决当前水资源的污染和匮乏，开发和优化污水处理工艺成为非常重要的技术手段之一。氧化沟处理工艺是污水处理的主要工艺技术，而倒伞型曝气机是该种工艺的关键机械设备。由于能源的日趋紧张加上氧化沟污水处理工艺对曝气设备的高要求，新型高效低能曝气设备的研究已经成为推动氧化沟处理技术发

5、展和节能降耗的重要突破点。本文基于上述背景条件下，提出了一种按照某种曲线方程规律变化的叶片，优化设计了一种新型曲面叶轮倒伞型曝气机。本文首先研究了关于倒伞型曝气机的国内外文献资料，分析了倒伞型曝气机搅拌、推流和充氧的主要工作机理是由于叶轮旋转形成的水跃和射流使水体产生速度，并在减速下落时包裹大量空气，形成气液两相流的传质，同时在水体形成大气负压区和表面梯度压力作用于上下层流，加速曝气充氧和搅拌的过程。基于倒伞型曝气机的机理，为了提高氧化沟污水处理效率和降低能耗，研究前期提出了等螺旋角对数螺旋线方程

6、的曲面叶片，并采用计算流体力学理论和Fluent软件的湍流方程模拟分析了不同边界条件下该种曲面叶片在工况稳定后的搅拌推流性能，根据结果选取了优化之方程。研究考虑到叶片实际工作时会产生弯曲，因此本文对叶片进行了弯曲的有限元分析，其应力应变在合理范围。在等螺旋角对数螺旋线方程的基础上，研究为了达到最佳流线特性提出了一种按照非等螺旋角对数螺旋线方程曲面叶片。由于条件限制和课题下一步的试验研究，本文运用了相似准则的佛劳德准则以相同比例缩小了相应的曲面叶片，并对等螺旋角对数螺旋线曲面叶片和非等螺旋角对数螺旋

7、线曲面叶片进行了计算流体力学的数值模拟和流速对比，发现后者有稍好的搅拌推流性能。因此新型曲面倒伞型曝气机的叶轮采用非等螺旋角对数螺旋线曲面，同时本文设计和选取了倒伞型曝气机其他零部件。在加工制造之前，本文采用了流固耦合方法对优化后的新型曲面倒伞型曝气机叶轮进行了单向流固耦合受力分析以验证叶轮的可靠性，结果表明新型曲面叶轮是可靠的。本文优化设计的新型曲面倒伞型曝气机为表面曝气机的设计和分析提供了理论依据，同时对氧化沟污水处理设备的优化和创新有一定的推动作用。关键词：倒伞型曝气机，曲面叶片，计算流体力

8、学，优化设计，流固耦合方法i万方数据AbstractNowadays,Inresponsetothecurrentwaterpollutionandscarcityofwaterresources,thedevelopmentandoptimizationofwastewatertreatmentprocessesbecomeimportanttechnicalmeans.However,theoxidationditchtreatmentprocessisthemainsewag