離心風(fēng)機(jī)及內(nèi)部三維流場(chǎng)的計(jì)算辦法

依據(jù)作業(yè)原理的不同風(fēng)機(jī)能夠分為容積式、葉片式和噴射式三種。其間葉片式風(fēng)機(jī)首要有離心式、混流式、軸流式和橫流式四種，其間使用醉廣泛的即為離心式風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)葉輪中的氣體流面簡(jiǎn)直與葉輪的滾動(dòng)軸面筆直。其葉輪滾動(dòng)所發(fā)生的離心力為離心風(fēng)機(jī)壓強(qiáng)升的首要來(lái)歷，而且在葉輪內(nèi)部由離心力發(fā)生的壓強(qiáng)升要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體相對(duì)速度改動(dòng)而發(fā)生的壓強(qiáng)升，而且選用增大風(fēng)機(jī)的葉輪寬度增大風(fēng)機(jī)流量的辦法，往往導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的功率下降，因而離心風(fēng)機(jī)一般適用于高壓、小流量的場(chǎng)合。（2）改造后風(fēng)機(jī)電耗降低26384kWh，增壓風(fēng)機(jī)電耗降低52159kWh，合計(jì)77543kWh，輔助電耗降低0。下面臨其功能參數(shù)、結(jié)構(gòu)特色和內(nèi)部丟失等進(jìn)行具體介紹。

離心風(fēng)機(jī)的壓力

風(fēng)機(jī)的靜壓和全壓靜壓sp為氣體對(duì)平行于氣流的物體外表效果的壓力，它一般是經(jīng)過(guò)筆直于物體外表的孔來(lái)進(jìn)行丈量。

通風(fēng)機(jī)的功能曲線通風(fēng)機(jī)的全壓t FP、功率P、功率η等功能參數(shù)隨通風(fēng)機(jī)的流量Q改變的聯(lián)系曲線，稱為通風(fēng)機(jī)的功能曲線。依據(jù)通風(fēng)機(jī)的功能曲線，不只能夠查驗(yàn)計(jì)算參數(shù)與實(shí)測(cè)參數(shù)之間的共同程度，還能夠斷定通風(fēng)機(jī)的適應(yīng)性。例如當(dāng)通風(fēng)機(jī)的功率特性曲線較平整時(shí)，此刻風(fēng)機(jī)的搞效區(qū)較大，在變工況時(shí)通風(fēng)機(jī)仍能夠在搞效的工況點(diǎn)小作業(yè)，此刻能夠認(rèn)為該風(fēng)機(jī)的適應(yīng)性較好。采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)斜槽離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了分析，并根據(jù)內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)工作。

以風(fēng)機(jī)蝸殼與葉輪出口在半徑方向上的間距隨方位角線性遞增來(lái)優(yōu)化蝸殼型線，并用試驗(yàn)證明了良好的蝸殼型線不僅能提高風(fēng)機(jī)效率及全壓，還能改變流量-壓力曲線的變化趨勢(shì)；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展，數(shù)值方法在渦輪內(nèi)部流動(dòng)模擬中得到了廣泛的應(yīng)用。BEENA等[11]通過(guò)應(yīng)用層次分析法（AHP），對(duì)蝸殼的重要幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)先排序，闡明了各參數(shù)對(duì)離心風(fēng)機(jī)性能的影響;風(fēng)機(jī)采用3種不同流量的五孔探頭，測(cè)量了風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)流體的三維流動(dòng)，得出傳統(tǒng)一維蝸殼型線設(shè)計(jì)方法忽略了風(fēng)機(jī)內(nèi)部嚴(yán)重的泄漏情況，應(yīng)根據(jù)流體實(shí)際流動(dòng)進(jìn)行修正的結(jié)論。本文在傳統(tǒng)蝸殼型線設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上，以某抽油煙機(jī)用多翼離心風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，

風(fēng)機(jī)采用動(dòng)量矩修正方法對(duì)其進(jìn)行性能優(yōu)化。并考慮粘性應(yīng)力的作用對(duì)原有k-ε計(jì)算模型進(jìn)行修正，以期提高數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度，為CFD數(shù)值模擬預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)性能的可靠性提供參考。多翼離心風(fēng)機(jī)由進(jìn)口集流器、葉輪及蝸殼組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n=1200r/min，設(shè)計(jì)流量Qv=0.15m3/s，主要尺寸參數(shù)為：風(fēng)機(jī)蝸殼寬度b1152mm，葉輪內(nèi)徑1D210mm,葉輪外徑2D246mm，葉片進(jìn)口安裝角178A，葉片出口安裝角2160A，葉片圓弧半徑r14mm，葉片數(shù)z60。3%，但風(fēng)機(jī)的全壓值根本堅(jiān)持不變，這樣的改善計(jì)劃并不能滿足對(duì)風(fēng)機(jī)全壓值5000Pa的要求。為了提供更好的來(lái)流條件，給定較為準(zhǔn)確的邊界條件，本研究在利用Solidworks軟件對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行三維建模時(shí)，分別將進(jìn)風(fēng)區(qū)域和出風(fēng)區(qū)域進(jìn)行延長(zhǎng)處理，以保證進(jìn)出口氣體的流動(dòng)充分發(fā)展。另外，為了方便模型的建立，在盡量減小數(shù)值模擬誤差的前提下對(duì)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定程度的簡(jiǎn)化，

將建立好的風(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(dòng)機(jī)周?chē)Y(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(dòng)靜耦合區(qū)域?qū)?shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)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(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免網(wǎng)格誤差對(duì)其模擬結(jié)果造成影響，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，如表1 所示。綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算效率可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為25 萬(wàn)左右時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果較為合理，最終確定整個(gè)計(jì)算域的網(wǎng)格數(shù)為2513558。改善完成后按照風(fēng)機(jī)原型機(jī)的數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)改善后的風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，能夠看出通過(guò)向內(nèi)延伸斜槽式離心風(fēng)機(jī)的短葉片，將風(fēng)機(jī)的所需扭矩由4。k-ε 模型作為最為普遍有效的湍流模型，能夠計(jì)算大量的各種回流和薄剪切層流動(dòng)，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)風(fēng)機(jī)的數(shù)值求解計(jì)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：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(duì)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(duì)馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動(dòng)過(guò)程中起重要作用，因此，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)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(jì)算模型出現(xiàn)偏差。運(yùn)用Visual C++將上述修正函數(shù)編寫(xiě)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)，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(dòng)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]。采用LHS方法對(duì)離心風(fēng)機(jī)的進(jìn)口溫度、進(jìn)口壓力、進(jìn)口流量和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸1化處理，用于LSSVM模型的訓(xùn)練。最后以CFD 計(jì)算的定常結(jié)果作為初始條件，進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算。