山東冠熙環(huán)保設(shè)備有限公司主營：軸流風(fēng)機(jī),耐高溫高濕風(fēng)機(jī),烘干設(shè)備用風(fēng)機(jī),離心風(fēng)機(jī),除塵風(fēng)機(jī)

為研究后離心風(fēng)機(jī)葉輪的流場及噪聲問題，采用三維建模軟件ＵＧ對現(xiàn)有葉輪進(jìn)行逆向建模，提取出葉輪的幾何模型，運(yùn)用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ對葉輪模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后采用Ｆｌｕｅｎｔ軟件模擬了葉輪三維粘性定常流動特性，分析了葉輪內(nèi)部流動情況，在此基礎(chǔ)上對葉輪模型進(jìn)行噪聲分析，得到流場模擬和噪聲分析結(jié)果，為葉輪優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

離心風(fēng)機(jī)作為干燥、通風(fēng)類家電產(chǎn)品的重要組成部件，其性能直接影響著家電產(chǎn)品質(zhì)量的高低。隨著現(xiàn)代生活對節(jié)能、環(huán)保等要求日益提高，開發(fā)、低噪風(fēng)機(jī)成為必然趨勢。離心式通風(fēng)機(jī)的工作介質(zhì)為氣體，工作過程中會產(chǎn)生氣動噪聲、機(jī)械噪聲和氣固耦合噪聲，其中氣動噪聲是主要噪聲，約占到總噪聲的４５％左右。風(fēng)機(jī)氣動噪聲主要由離散噪聲（旋轉(zhuǎn)噪聲）和湍流噪聲組成。高速高壓離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲較高，低速低壓風(fēng)機(jī)以湍流噪聲為主。且基頻噪聲和寬頻噪聲在風(fēng)機(jī)中不同程度的存在。目前對離心式通風(fēng)機(jī)降噪研究還處于試驗(yàn)為主的研究階段，但試驗(yàn)研究成本較大、周期較長，這對離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)非常不利。此外，影響離心式通風(fēng)機(jī)氣動噪聲的因素眾多，設(shè)計所得結(jié)果的降噪機(jī)理難以被系統(tǒng)揭示。數(shù)值模擬方法能夠提供風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場信息和噪聲分布情況，有利于準(zhǔn)確認(rèn)識離心式通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理和降噪原理，為進(jìn)一步推廣降噪設(shè)計的方法提供依據(jù)。所以，對離心式通風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的研究是非常必要的。

離心風(fēng)機(jī)葉片吸力側(cè)形成的低能流積聚的“尾跡區(qū)”，形成“射流-尾流”結(jié)構(gòu)。加進(jìn)氣箱后，風(fēng)機(jī)葉輪尾緣處的“尾跡-射流”更加的嚴(yán)重，風(fēng)機(jī)模型尾跡區(qū)占了比較大的空間，減少了風(fēng)機(jī)流道有效面積。在小流量區(qū)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流場分布發(fā)生偏心現(xiàn)象(C 處)，葉輪流道E 側(cè)，氣體比較充實(shí)，葉輪流道F 側(cè)氣體分布較差，與原始風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場分布相比，其離心風(fēng)機(jī)葉輪流道的充盈性差。離心風(fēng)機(jī)的效率曲線如圖6，無進(jìn)氣箱情況下在流量為2.82kg/s，壓力為3 106.23Pa 時，達(dá)到較率68.64%；加進(jìn)氣箱后在流量為1.68kg/s，壓力為2 775.54Pa，達(dá)到較率59.45%，通過與原始風(fēng)機(jī)對比可知，加進(jìn)氣箱后其較率降低8.19%。同樣由圖6 效率曲線對比圖可知,加進(jìn)氣箱后風(fēng)機(jī)整體效率降低，與原始離心風(fēng)機(jī)相比其區(qū)域比較窄，縮短了工作區(qū)域，且加進(jìn)氣箱后較優(yōu)工況點(diǎn)向小流量區(qū)偏移。加進(jìn)氣箱后，離心風(fēng)機(jī)的全開流量降低，與無進(jìn)氣箱相比，流量降低了16.9%。由圖7 可知，加進(jìn)氣箱不僅降低了風(fēng)機(jī)的全開流量，其全壓也有所減少。風(fēng)機(jī)性能測試采用C 型試驗(yàn)裝置對帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能測試，測試標(biāo)準(zhǔn)按GB/T 1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)》執(zhí)行。

將建立好的離心風(fēng)機(jī)三維模型導(dǎo)入ICEM 軟件進(jìn)行混合網(wǎng)格的劃分。其中進(jìn)出口和葉輪區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而蝸殼部分由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是電動機(jī)周圍結(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型，故采用適應(yīng)性較強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，具體網(wǎng)格如圖3 所示。綜合考慮動靜耦合區(qū)域?qū)?shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的影響，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，對邊界層進(jìn)行加密處理，其較低網(wǎng)格質(zhì)量雅克比[14]在0.3 以上。為了保證數(shù)值計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免網(wǎng)格誤差對其模擬結(jié)果造成影響，對離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，如表1 所示。綜合考慮計算精度和計算效率可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為25 萬左右時預(yù)測結(jié)果較為合理，終確定整個計算域的網(wǎng)格數(shù)為2513558。k-ε 模型作為為普遍有效的湍流模型，能夠計算大量的各種回流和薄剪切層流動，被廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)機(jī)的數(shù)值求解計算中。

由于有梯度擴(kuò)散項(xiàng)，模型k-ε 方程為橢圓形方程，故其特性同其他橢圓形方程，需要邊界條件：離心風(fēng)機(jī)出口或?qū)ΨQ軸處k / n0和/ n0。但上述邊界條件只針對高雷諾數(shù)而言，在固體壁面附近，流體粘性應(yīng)力將取代湍流雷諾應(yīng)力，并在臨近固體壁面的粘性底層占主要作用。而多翼離心風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)尺寸小、相對馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動過程中起重要作用，因此，在實(shí)際運(yùn)用過程中，標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型由于未充分考慮粘性力的影響，導(dǎo)致計算模型出現(xiàn)偏差。運(yùn)用Visual C++將上述修正函數(shù)編寫為UDF代碼，并導(dǎo)入Fluent 內(nèi)置Calculation module。為符合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，離心風(fēng)機(jī)進(jìn)出口邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動能成正比，從而避免在進(jìn)口和出口定義一致的速度分布[15]。后以CFD 計算的定常結(jié)果作為初始條件，進(jìn)行非定常數(shù)值計算。