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山東冠熙環(huán)保設(shè)備有限公司
主營產(chǎn)品: 通風(fēng)機
中壓鼓風(fēng)機批發(fā)-小型鼓風(fēng)機-中壓鼓風(fēng)機
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為研究后鼓風(fēng)機葉輪的流場及噪聲問題,采用三維建模軟件UG對現(xiàn)有葉輪進行逆向建模,提取出葉輪的幾何模型,運用Hypermesh對葉輪模型進行網(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)。
鼓風(fēng)機作為干燥、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)機成為必然趨勢。離心式通風(fēng)機的工作介質(zhì)為氣體,工作過程中會產(chǎn)生氣動噪聲、機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)機旋轉(zhuǎn)噪聲較高,低速低壓風(fēng)機以湍流噪聲為主。且基頻噪聲和寬頻噪聲在風(fēng)機中不同程度的存在。目前對離心式通風(fēng)機降噪研究還處于試驗為主的研究階段,但試驗研究成本較大、周期較長,這對鼓風(fēng)機產(chǎn)品開發(fā)非常不利。此外,影響離心式通風(fēng)機氣動噪聲的因素眾多,設(shè)計所得結(jié)果的降噪機理難以被系統(tǒng)揭示。數(shù)值模擬方法能夠提供風(fēng)機的內(nèi)部流場信息和噪聲分布情況,有利于準(zhǔn)確認識離心式通風(fēng)機噪聲產(chǎn)生機理和降噪原理,為進一步推廣降噪設(shè)計的方法提供依據(jù)。所以,對離心式通風(fēng)機數(shù)值模擬的研究是非常必要的。
消聲蝸殼對鼓風(fēng)機氣動性能的影響原風(fēng)機與不同消聲組合試驗所得的氣動性能對比如圖3 所示。試驗結(jié)果表明: 由于穿孔板相對于光滑的鋁板有著較高的壁面摩擦阻力,導(dǎo)致加裝穿孔板后的風(fēng)機壓力和效率在整個測試工況范圍內(nèi)都有不同程度的降低。4種消聲組合方式的壓力損失并不相同,當(dāng)額定轉(zhuǎn)速為3 800 r /min,在設(shè)計工況下,A 組合改進風(fēng)機全壓降低了約16.0 Pa,效率下降了約1.28%; B 組合改進風(fēng)機全壓降低了約5.0 Pa,鼓風(fēng)機效率下降了約0.9%; C 組合改進風(fēng)機全壓降低了約36.8 Pa,效率下降了約3.18%; D 組合改進風(fēng)機全壓降低了約45.8 Pa,效率下降了約3.28%。
主要由于安裝穿孔板的面積不同,導(dǎo)致不同消聲組合方式的摩擦損失不同。B 組合即只在風(fēng)機后蓋板上安裝穿孔板,風(fēng)機壓力損失小。不同工況下,風(fēng)機壓力和效率損失也不相同,在設(shè)計工況及偏大流量工況下,鼓風(fēng)機壓力和效率損失較大,效率也同步降低。主要原因是大流量工況下,蝸殼內(nèi)部氣流速度較高,氣流與穿孔板之間的摩擦損失增加。消聲蝸殼為A 組合形式時與原風(fēng)機的出口A聲級隨流量變化的對比圖??梢钥闯?,不同工況下,A 型消聲蝸殼的降噪效果不同,鼓風(fēng)機在額定工況點附近,降噪效果好; 在大流量工況下,降噪效果變差,這主要因為大流量情況下,蝸殼內(nèi)氣體流速較大,而氣體流速對吸聲材料的吸聲效果影響很大; 在小流量工況下,風(fēng)機流動惡化,風(fēng)機振動較大,導(dǎo)致振動噪聲很大以致降噪效果反而變差。與原風(fēng)機相比,在額定工況點A 聲級降低約4.5 dB( A) ,在大流量工況下,A 聲級降低約3.6 dB( A) ,在小流量工況下,A 聲級降低約1.9 dB( A) 。
將建立好的鼓風(fēng)機三維模型導(dǎo)入ICEM 軟件進行混合網(wǎng)格的劃分。其中進出口和葉輪區(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,尤其是電動機周圍結(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型,故采用適應(yīng)性較強的非結(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,在進行網(wǎng)格劃分時,對邊界層進行加密處理,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,對鼓風(fēng)機進行網(wǎng)格無關(guān)性驗證,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)機的數(shù)值求解計算中。
由于有梯度擴散項,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:鼓風(fēng)機出口或?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,在實際運用過程中,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。為符合實際運行狀態(tài),鼓風(fēng)機進出口邊界條件設(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,進行非定常數(shù)值計算。
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