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行業(yè)資訊

 

離心風機整機準定常流動數(shù)值研究

2015-06-02
　　1引言離心風機內(nèi)部流動公復雜的維粘性流動。
　　只憑借現(xiàn)有的試驗手段要很好地測量其中流場的細微結構是非常困難的，甚至是不可能的。
　　如今，啊計算流體動力學技術運用于離心風機的實例己不少，但它們基本上是建立在些簡化堪礎的如單獨譯個離心葉輪的流道成單獨鐸十蝸殼或運用個流道巧蝸迭代計算的方法研究風機內(nèi)部流動2，實際上這些算法都假設4機內(nèi)流動足定常與討稱的。忽略了由于蝸殼型線的非對稱性而導致葉輪各葉道內(nèi)流動呈現(xiàn)的非對稱流動特征，所以，用這些方法無法準確地捕捉到流場的真實信息；曾經(jīng)也有人把整個轉子與定子都考慮進去，但卻把整個流場作為維來處理這樣根本無法得到流場的維特性。
　　心風機在設計工況與變工況下進行了內(nèi)部流場整機乍維姑性準定常1律。捕捉到了離心風機內(nèi)部許多重要的流動現(xiàn)象，證實了由于蝸殼的非對稱性而導致葉輪與蝸殼的相互作用時會引起整個流場1對稱的流動特怔，通過付離心4機內(nèi)流場果為探討影響離心風機效率的原因改進葉型設計提高效率擴大運行工況范圍等，提供了重要2基本方程及其數(shù)值方法收稿日期200247邊修稿日期2002基本方程程組并配合8必，潘，湍流模型。時均奶程俎的守恒形式可以簡4成Fv粘性迎量尖景Q源項矢試其達式可簡寫為存動力粘度揣流粘度，其值由8湍流模型而定以流熱傳導系數(shù)傳導系數(shù)記義分別為數(shù)值計算方法對式⑴采基于時間推進法的，格階精度。它對中間坐標采用中心離散格式，為了防止求解時發(fā)生振蕩，方程中加上個非線性階人工粘性項和個線性的階人工粘性項。對時間坐標米用階出1方法求解fU7dT=Fii為提高計算的速度與收斂性，本文采用了重網(wǎng)格循環(huán)的技術隱式殘差光順當?shù)貢r間步長等加速收斂技木。
　　2.3邊界條件的設定進口給定流動總壓為大氣靜壓力，流動總溫為大氣靜溫流動方向為軸向進氣。出口給定背壓5其它參數(shù)由內(nèi)部外推。壁面給定絕熱與無滑移條件。
　　流道與蝸殼間的動靜部件之間信息傳遞采用凍結轉戶方法，呢，1叫1.處理5人以達至1整機計算的目的。
　　需豎指出的是，由于本文用的紀揣流模喂它為代數(shù)模型，故無須捉及邊界糸件，木文后即為汁算結果收斂。
　　3計算結果與分析3.1計算實例況1的悠機數(shù)值計算。該離心風機的設計流試為4200，1屯設計壓力為10425035額定轉速為96，17.葉輪為后向單圓弧型，進口安裝角為29，出口安裝角為38，葉片數(shù)為。該離心風機外型意。
　　32計算網(wǎng)格為了便于給準邊界條件，在計算時將風機進口管與出氣管分別延長，使其進出口流動為均勾。
　　網(wǎng)格生成采用分區(qū)分塊，技術，分別將葉輪與蝸殼內(nèi)各布置約30萬個網(wǎng)格，2給出了整個風機的維網(wǎng)格分布。
　　效率曲線與流量壓比曲線。由3可知，風機的最高效率點正好是其設計流量點，當流量偏離設計流量時，效率都有所下降。這種變化趨勢與以往風機的試驗結果相致，這充分說明風機的整機計算結果是有效而可靠的。相反，如果用些簡化模型，如單獨計算蝸殼或個葉輪與蝸殼的迭代計算都很難得到如此的流量效率曲線。
　　以往的試驗結果相致的，并且在設計工況的附近其曲線變化比較平坦，這說明該風機的工況范圍較寬，性能較為理想。
　　由于本文是采用化3方程計算，且在計算中未采用壁面函數(shù)，故網(wǎng)格在固壁處須局部加密，并且第層網(wǎng)格離壁面的距離特別重要，它直接影響著計算的結果本文根據(jù)下述公式來定該值7Lr4參考長度Vnf參考速度；J+無量綱常數(shù)，可按經(jīng)驗選取本文計算時取3，流動雷諾數(shù)約為107，3.3.2風機蝸殼周向壓力分布壁面上靜壓系數(shù)在設計工況與變工況下的變化曲線。其中0為周向角，其定義可參1.
　　靜壓系數(shù)，的定義為R考密度，其值取為常溫下空氣的密度vr參考速度的大小，其值取為葉輪出口氣流速度6處數(shù)為3.
　　3.3計算結果3.3.1風機性能曲線在蝸舌附近壓力先急劇下降后又急劇上升。這說明在變工況時，蝸殼內(nèi)氣流沿周向流動是非常配。其中1號流道是指1號葉片與2號葉片之間流道號流量分配也是不同的。只不過是在設計工況下，各流道流量的變化幅度要小于各種變工況時的情形。特別是當風機在變工況運行時，靠近蝸舌的流道內(nèi)流量變化甚大。從這現(xiàn)象說明，風機流呤內(nèi)的流動絕不足對稱的。故而只運用單1流道計算流場會把這種流動的非對稱性給抹殺。
　　5風機周向截面靜壓分布靜壓系數(shù)分布。的定義同式8.
　　由8可以看出，各個工況下，多數(shù)流道內(nèi)沿徑向隨半徑的增大壓力逐步上升，速度逐步減小，即葉輪中相對速度的減少，提高了氣體的靜壓能這正符合流體在葉輪內(nèi)部的流動特點。值得注意的是，不管在設計工況還是在變工況下，各個流道內(nèi)流動的壓力分布雖有相似之處，但也存在著較大的差別。
　　這種差別在靠近蝸舌附近的流道中現(xiàn)得更加明顯由于蝸舌的擾動作用，使其附近流道中的靜壓分布出現(xiàn)明顯扭曲的同時也使其升壓能力有所下降。
　　從7的各流道內(nèi)流量分配的不均勻性及8的葉輪內(nèi)靜壓分布的，對稱性這些側面可以說明每個葉道不同位置時的流動情況完全不同，這完個是山丁1蝸殼的非對稱性引起的。這現(xiàn)象明，流體在風機的運動過程中，下游的部件會對上游的流休流動產(chǎn)生非常人的影響，所以對整個風機而言，單單用數(shù)值方法研究某個元件或某個流道的計算很難反映出流動的實際情況，況且研究單個元件時，計算的邊界條件很難給定，這給計算成誤導。
　　6蝸片處速度分布周向角5蝸克跨盤言流道平而靜統(tǒng)6，分布紊亂執(zhí)特別在蝸舌附近氣流先加速后減速，使流動惡化。只有在設計工況下，氣流沿蝸殼周向的流動比較均勻，故而壓力盡管有波動但相對比較平穩(wěn)，特別在蝸舌處，壓力未出現(xiàn)強烈的波動。
　　3.3.3風機各葉片所受載，曲線蝸殼周向的壓乃波動會直接反作用葉輪出口，使各流道中的流體受到周期性的堵塞，從而使其產(chǎn)生具有定周期性的加速與減速運動。這種葉道中流體周期性的變速運動會造成流體流入葉道時流動角與攻和亦發(fā)生周期性的變化。從而使每個葉片所受的載荷亦發(fā)生周期性的變化6給出了各葉片所受載荷沿周向的變化葉片編號，可參1.從6可以看出，在設計工況下葉片所受載荷沿周向比較均勻，17變工況下，葉片所受載荷沿周向變化較大，特別在蝸舌附近這種變化尤為強烈。這就有可能誘發(fā)葉片的振動。
　　葉片編4從6中還可以看出，離心風機內(nèi)，由于蝸殼足非對稱的。這種下游非對稱的結構會對，葉輪中的流場產(chǎn)生影響，導致各個葉道中流動也具有非對稱性，從而使各個葉片所受載荷會有所不同。由此不難看出，要對離心風機內(nèi)部流動結構有個準確的把，就必須將葉輪與蝸殼結合起來整機計輥，任何對流場進行軸對稱的假設都是不合適的。
　　3.3.4風機各流逍流巧分布M8葉輪跨盤蓋中心；4近，壓系數(shù)。分布蝸古玷離心風機內(nèi)部個比較敏感的部位，其中的流動狀況相當復雜。9給出了各個況機跨盤蓋中心流道上蝸舌剛近流線分布，從休的擾動作用仲化近蝸舌附近的流體在流道中形成了個旋渦。這個旋渦在設計工況時相對比較弱小，而在變工況時這個旋渦幾乎充滿了整個流道，特，是在小流量工況下靠近蝸占附近的兩個流逍都有旋渦存在。這樣造成的能量損火是很大的。
　　3，=0.7工況蝸舌處速度失1.=1.0工況蝸舌處速度失量射。=1.41況蝸舌處速度失1 4結論通過離心風機的整機準定常計算，不僅可以較為準確地描述出離心風機的整體性能曲線。而且還能捕捉到其內(nèi)部流動的許多屯要的流動現(xiàn)象。從這些現(xiàn)象可以說明離心風機內(nèi)的流動非常復雜，不具有任何軸對稱性屬于維的全粘性流動，而且風機各部件之間的相互關聯(lián)非常緊密，下游的部件對1游會產(chǎn)生很大的影響。同時也說明，在某些假定下對風機某個元件或某個流道的計算很難反映出流動的實際情況，很難為風機的設計與改進提出準確的信息。
　　41潘地林，張立祥。離心式通風機蝸殼內(nèi)部流動特性200093上海市軍工路516號上海理工大學419號信箱。
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