多翼离心风机的三维数值分析

时间：2015-06-08

多翼离心风机闪结构紧凑，压力系数噪音低而被广泛应用在家用电器空气调节及各种通风换气的场合。众所周知，多翼离心风机内部的压力脉动，尾流，边界层分离和旋涡脱落对多翼离心风机壳的非对称性及其内流场属于全粘性的维流动，凭借现有的实验手段要很好地准确地测试叶片间的某些流动现象是非常有限和困难的。对于多翼离心风机的研究，目前笔者所到的大部分研究报道是关于气动特性实验及叶轮与壳体优化配置方面的，在数值模拟分析方面，有关多翼离心风机的分析基本上都是维的2，6，笔者还没有到有关多翼离心风机整机维，的分析报道。本文应用比较成熟的商业，软件对多翼离心风机的维内部流场进行数值分析。数值分析结果明蜗克内部的压力沿着轴线力向分布在不同的圆岗位置；在叶轮内部蜗5上游区域存在着进口旋涡；在蜗舌附近存在着明显的从叶片出门到进口的逆向回流，同时在蜗舌间隙中存在着间隙涡；本文计算的流量压力曲线及些典型位聊的速度沿轴向的分布特性与实验结果1吻合良好。

　　2多翼离心风机的配置风机，叶轮外径2=14轮毂比=857，叶轮出口角32，=175.，叶轮进口角3值；湍流方程采用标准壁商函数时，近镇为经验常数；7为点的湍流动能；办是从点到壁面的距离；为尸点流体的动力粘度。

　　5边界条件报，多翼离心风机的实私运行情况给记叶轮进口总上为，和湍流强度及水力直径边界条件；蜗克出口给定出口静压边界条件；叶轮选用旋转坐标，给定旋转壁面边界条件为250，1心；蜗壳选用静止坐标，给定标准壁面边界条件，6计算结果及讨论。力特件曲线，2给出了计算的流量以力曲线与实验值的比较结果，吻合良好。对于每个工况点时，本文认为计算收敛。

　　流量mVh面针对效率点附近的工况流量系数4 0.挪的流动特性进行讨论。3足，截向进气侧的静压和全压分布云，从中可以符出，从叶片进口到出口，由于叶片做功，静也和全压持续增加，静化和全化都在蜗壳壁面附近，在这个截面上，蜗壳内部压力大致位干圆周210位钆靠近压力出口面由尸存在流动损失全化有所厂降，但静压由于蜗壳的扩压作用却逐步提。

　　宽度，=.，7仙，蜗舌间隙7.3.叶轮与蜗壳的配，1.

　　a监测点位置b叶片形状191叶片形状及蜗究的化何配置3网格生成敏，将复杂的汁算区域分割成叶轮内部区域，叶片流道区域，蜗壳心部区域等部分，各区域甲*生成介沾的网格，相临的区域共用同个面，享用相同的叫格节点，各域的网格数分别为212914533634和3206奶个节点，网格形状采用棱柱形面体网格，叶片及蜗壳沿轴向面分别采用矩形网格。

　　4数值求解方法让算采用维雷诺平均立恒形以，乃程，湍流模项选取厂标准两方程模吼壁曲附近粟用标准劈凼函数。计算方法采用3；町0，隐式方法，湍流动能湍流耗散项动璜方程都采用阶迎风格式离散；压力速度耦合采用3算法。连续件方程和动量方程写成张量形式分别各公式中5是源项，征0，6，18力和离心力；湍流动能和耗散率=从以下输运方程得到，以，面上，蜗壳内压力位于圆周12，和，的位置，而在靠近轮毂侧的截面。，蜗壳内压力位置移到圆周300处，而在靠近进气侧的截而上，这个位置是位于圆周210附近的3，因此我们认为蜗壳内部的压力在轴向方向上是沿阏周方向移动并改变其分布位置和大小的。

　　在叶轮内部，越靠近叶片前缘，动和速度越高，这主要是由于高速旋转的叶轮对叶轮内部的气流不断吸附的结果，动压和速度位于叶轮外缘蜗壳出口方向，即1中的+2坐标方向。

　　㈤鲁压作全压动压云速度云0.0285截面上动叫和速度云数值模拟结果明，叶轮内部蜗舌附近的气流部分受蜗壳出口方向叶片的吸力作用要流向蜗舌上游而排出蜗壳，同时另部分由于蜗舌下游叶片游K域，叶片进口前缘存在着明显的进旋涡。时在靠近轮毂侧的截面，由于受轮毂壁面的影响，进口旋涡基本上消失了。6为2=0.019截面和=0.056截面上的速度流线，从中可以显地看出这流动特性。

　　气流山丁受到蜗舌通道急剧缩小的影响，在蜗舌上游位丁叶片出口的部分气流又逆流回叶轮进口，在这个化域存在着定程度的出口逆流，同时由于逆流的存在和受到蜗舌的影响，在蜗舌间隙中存在明显的间隙涡，该间隙涡的存在使蜗舌间隙的有效流动通道进步减小，使通过蜗舌间隙的气流偏向蜗舌边，恶化1间隙的流动，成为重要的噪源。

　　曲线，监测点位置分别娃12+2方向取叶片进U前缘lOmm位置的点l，具体中可以肴出，在叶片进口，沿轴线方向，轴向速度和速度大小娃逐渐减小的；径向速度和静压沿轴向逐渐，加。由于受高速旋转的叶轮吸气影响，径以速度在轴向的前13部分积聚增加，随后变化平缓。故而，对于多翼离心风机而言，叶外的宽度不宜太4轴向速度作径向速度大，否则不利于靠近轮毂侧气流进气条件的改善。

　　⑷静比作速度大小体坐标为，0.073，0.073，0，0，0.073；从中可以看出，叶片出门速度沿轴向逐渐增加，而静沿轴向变化平缓。由于蜗壳的非对称性，叶片出口速度和静压大小在不同的圆周位置是不同的，它们沿轴线方向的变化趋势也有所变化的。故而本文认为，由于偏心蜗壳的存在，对于多翼离心风机时言，用维流场或个叶通道的计算结果来考察整个流场的流动特性是很堆有效地放映出多翼离心风机内部的真实流动情况。

　　度沿轴向的分布特性与文献的测试结果基本上具有相同的变化趋势和数值，计算结果与实验结果基本吻合。

　　4结论程和冗两方程湍流模型对多翼离心风机的内流场进行了维数值分析。计算结果明，在多翼离心风机内部存在着明显的维流动。结果显蜗壳内部的压力沿着轴线方向分布在不同的圆周位置，叶轮内部蜗舌上游区域存着进口旋祸，进口旋涡在靠近轮毂侧由于受到轮毂的影响基本消失。

　　蜗附近存在着明显的从叶片出门到进口的逆向闽流，蜗舌间隙中存在着间隙涡，间隙涡的存在使蜗舌间隙的有效流动通道减小，蜗舌间隙中的气流向蜗侧偏移；仅对多翼离心风机某个叶片通道或某个截商的数值计算很难真实地反映风机内部的真实流动特性。

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