1. 1. 毕业设计（论文）的内容、要求、设计方案、规划等
前言背景：
风力灭火机是林火直接扑救技术装备之一。风力灭火机的工作原理是用高风速、大风量气流吹散燃烧物产生的火苗，通过对流换热降温，使燃烧的化学反应速度降低。同时大量气流进入火场，使可燃气体浓度降低，并随气流带走部分可燃气体，过量的氧也会抑制燃烧。风力灭火机基本要求是高速空气射流，高速空气射流是由高风速和大风量组成。因此，增加风速，增大风量是改善风力灭火机灭火性能的关键。
目前风力灭火机大多数都采用离心式风机。传统离心式风力灭火机出口风量小、有效风速低、出口风压大，灭火工作效率较低。轴流式风机作为风力灭火机的主要部件，与离心式风机相比，轴流式风机的空气流向与风机主轴平行，轴流式风机出口风速高，风量大，风压较小，符合风力灭火机所需要的灭火要求，有助于风力灭火机灭火效率的提高。要提高风力灭火机的气动性能的关键是要了解其内部流动现象、流动结构和能耗机理。轴流风力灭火机内部是三元非定常的紊流流动，流动分离现象常常会发生。控制方程是强烈耦合的，且几何形状及边界条件也异常复杂。通过数值方法来对风力灭火机内部流场的数值模拟，可以得到大量有关流场结构、损失机理等方面的重要信息，加深对流动尤其是对非定常流动本质的认识。对风力灭火机非定常、变工况下的流场特性，设计中数值模拟了解流动特性尤为重要。
随着计算技术的发展，在流体机械领域，计算流体动力学（CFD）已成为分析流体流动性质的一个个重要工具。CFD是一种用于预测和分析复杂流体流动性质的计算技术，包括对各种类型的流体在各种速度范围内的复杂流动在计算机上进行数值模拟的计算。之所以要使用CFD，通常基于三点：CFD对设计有很强的理解和可视能力，因而CFD的分析能够展示别的手段所不能揭示的系统的性质和现象；一旦给定问题的参量，CFD能够快速给出想要的结果，这样就可能在很短的时间内调整设计问题的参数，得到最好的优化结果；采用CFD是一种十分经济的做法。目前在航空、航天、汽车、透平机械等工业领域，利用CFD进行的反复设计、分析、优化已成为标准的必经步骤和手段。
CFD软件通常有三种功能，分别着重于前端处理(Preprocessing)，计算和结果数据生成（computing and resulting）以及后处理（postprocessing）。前端处理通常要生成计算模型所必须的数据，包括建模、数据录入、生成网格等；做完了前处理后，CFD的核心解算器（Solver）将根据具体的模型，完成相应计算任务，并生成结果数据；后处理过程是对生成的结果数据进行组织和诠释，一般以直观可视的形式给出来，计算结果可用
于内部流动诊断、流动预测、性能分析等作用。
FLUENT是目前国际上比较流行的通用CFD软件，用来模拟从不可压缩到中等程度可压缩乃至高度可压缩范围内的复杂流动。FLUENT软件灵活、强大的算法和专用于流体机械领域的网格技术使得FLUENT软件在流体机械方面有广泛的应用，如可应用于航空发动机中的压气机、涡轮，工业上的燃气轮机、蒸汽轮机、水轮机、泵、风扇、空气压缩机、螺旋桨等。FLUENT软件在风机行业也具有广泛的应用前景，在其2002年新推出的FLUENT6.2版，进一步完善了风机建模、网格技术、数值算法、物理模型和可视化技术等方面的功能。可以对各种形式的风机进行流场分析和研究，能够准确地预测出风机的性能和噪音水平，同时，FLUENT软件也能计算整个通风系统的管道、阀门以及通风口等部件和系统的流动情况。
FLUENT中有几种处理流体机械流动问题的模型，分别为旋转坐标系模型（Rotating Reference Frame），多参考坐标系模型(MRF)，混合平面模型(Mixing Plane)，滑移网格模型(Sliding Plane)。
毕业论文具体工作：
1. 安装计算流体动力学前处理软件GAMBIT2.1.6、计算流体动力学商用软件FLUENT2.1.66（也可以安装ANSYS FLUENT12.0） （提供软件）
Fluent软件安装过程：
1) 安装Exceed
2) 安装Gambit
3) 安装Fluent
4) Copy license.dat 到Fluent文件夹下
5) 安装Gambit帮助文档
6) 安装Fluent帮助文档
7) 调整计算机时钟到2011年
2. 熟悉GABMIT界面和操作，包括生成几何模型结构、Turbo工具的操作、模型的网格划分、区域类型设定及网格文件输出。
3. 熟悉FLUENT界面和操作。
4. 复习轴流风机孤立翼型1设计方法后，利用GAMBIT软件建立灭火机模型。灭火机由风力灭火机由圆形轴流风筒、轴流风机和锥形射流风筒组成。
（1） 风机选用RAF-6翼型。建模时注意RAF-6*dat数据文件中3组数据分别对应x,y,z坐标，（data数据要进行处理），hub（轮毂）、case（机壳）母线建立在xz平面上，叶片安装角是绕z轴旋转48、38度，在生成turbo体风机转轴是x轴。
生成turbo体为风机整体1/6，建立全流道计算时需要整合、布尔运算。具体建模方法参见GAMBIT Tutorial Guide之第八2章或者参考文献3第三章。叶轮参数如表1，叶轮翼型参数见附件RAF-6翼型。
（2） 在风机两侧分别建立圆形轴流风筒和锥形射流风筒，注意进风方向。圆形轴流风筒和锥形射流风筒如下：
圆形轴流风筒直径D＝200mm，轴向长度L1＝400mm。
灭火风筒采用渐缩型设计，由圆锥型风管和圆柱型风管构成，圆锥形风管直径D1＝200mm，d1＝100，轴向长度L3＝500mm，圆柱形风管直径d2=100mm，轴向长度L4=100mm。
（3） 网格划分：由于风力灭火机的叶轮几何结构比较复杂，属于不规则形状，结构化网格进行划分具有一定难度，使用非结构化网格相结合对风机叶轮计算域进行网格划分。网格单元可以采用Tet/Hybrid，网格类型可以选： TGrid 。圆形风筒和锥形风筒采用结构化网格。
（4） GAMBIT下边界条件和流体区域的初始设定：
入口边界条件：设定进口边界为压力进口（pressure-inlet)。
出口边界条件：设定出口边界为压力出口（pressure-outlet）。
叶片边界条件：设定固壁（wall）。
其余边界选择默认。
风力灭火机的三个部件区域属性：设定为流体（fluid）。
输出.msh文件。
5. 利用Fluent－3d求解器进行计算
（1） 读入网格文件、检查网格；设置非耦合求解器（Segregated）选用绝对速度表达式；选择RNG k-e紊流模型；设置流体属性等；
（2） 旋转流体区：旋转流体区是数值模拟计算的主要控制体，采用动参考坐标系（Moving
Reference frame），该区域的旋转速度与叶轮转速相同，空气从进口沿x轴方向向出口运动。（Fluent定义绕轴逆时针转为正值）；
（3） 对特殊边界条件进行设置：入口和出口边界可以保持默认压力入口和压力出口；叶片壁面重新定义为旋转壁面(moving wall) ，风扇旋转速度为相对速度，与周围的流体速度相等。机壳内壁：机壳壁面采用无滑移固壁边界条件(no-slip)。当壁面运动速度为0时，壁面处的流体速度也为0；当壁面运动速度不为0时，壁面处的流体速度和壁面的运动速度相同。
（4） 启动Fluent进行计算：设置求解控制参数后，用inlet 边界对流场初始化开始迭代计算。
（5） 计算结果后处理：输出叶片压力面、吸力面的压力云图、速度图；等值子午面及等值圆柱面的压力分布图、马赫数分布云图、速度矢量图等。
（6） 具体操作参考文献3和文献10
6． 对流场简单进行分析。
1风力灭火机叶轮参数表
翼型 | RAF-6（见附件） |
轮毂直径 | 40mm |
机壳直径 | 200mm |
叶顶间隙 | 1mm |
叶根安装角 | 48 |
叶尖安装角 | 38 |
叶根弦长 | 38mm |
叶尖弦长 | 48mm |
轴向长度 | 40mm |
转速 | 7000rpm |
叶片数 | 6 |
撰写毕业设计论文要求：
目录、摘要、
第一章 绪论：研究内容、目的及意义
第二章 计算流体动力学概述及FLUENT软件在流体机械中的应用
第三章 轴流风力灭火机三维模型前处理 包括详述建模过程、网格的划分、边界条件设置 要输出三维模型图、网格图
第四章 轴流风力灭火机数值计算结果的后处理 包括将三维模型导入FLUENT，设定解算模型进行解算，边界条件等各类参数设定。输出叶片压力面、吸力面的压力云图、速度图；等值子午面及等值圆柱面的压力分布图、马赫数分布云图、速度矢量图等。
第五章 结论及建议
参考文献
致谢
