將離心風(fēng)機(jī)模型導(dǎo)入ICEM 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過(guò)程中對(duì)離心風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位要進(jìn)行加密處理，如葉輪、集流器、蝸舌、進(jìn)氣箱的轉(zhuǎn)角處等。對(duì)風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與出口適當(dāng)延長(zhǎng)，以保證計(jì)算的穩(wěn)定性?？紤]到離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其中無(wú)進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量約370萬(wàn)，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上；帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量為380萬(wàn)，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上。由效率曲線圖可知，大流量區(qū)計(jì)算結(jié)果比實(shí)測(cè)結(jié)果偏高，小流量區(qū)計(jì)算結(jié)果比實(shí)測(cè)結(jié)果偏低，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合。

離心風(fēng)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)k-?模型，壁面函數(shù)為Scalable，數(shù)值計(jì)算方法為高階求解格式，求解格式為一階格式。由于通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認(rèn)為氣流為不可壓縮定常流動(dòng)。進(jìn)口給定質(zhì)量流量，出口給定靜壓,壁面條件為無(wú)滑移邊界，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動(dòng)區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過(guò)Interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為GGI。本文所研究的某離心風(fēng)機(jī)葉輪有均布的16 個(gè)前向的大小葉片，其內(nèi)部流場(chǎng)較為復(fù)雜，為了揭示離心風(fēng)機(jī)內(nèi)的流場(chǎng)特性，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬。針對(duì)離心風(fēng)機(jī)有無(wú)進(jìn)氣箱兩種結(jié)構(gòu)形式，建立了兩種計(jì)算模型，利用CFX軟件對(duì)兩種模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究其內(nèi)部三維流場(chǎng)特性，基于數(shù)值模擬結(jié)果分析了進(jìn)氣箱對(duì)離心風(fēng)機(jī)的性能影響。先單獨(dú)分析了進(jìn)氣箱內(nèi)部流場(chǎng)特性，然后對(duì)進(jìn)氣箱與風(fēng)機(jī)進(jìn)行一體化分析，研究進(jìn)氣箱對(duì)離心風(fēng)機(jī)性能的影響。

幾何模型建立與網(wǎng)格劃分

計(jì)算模型采用掘進(jìn)工作面4-72-5.6A 防爆防腐蝕的離心式通風(fēng)機(jī)，其主要參數(shù)：電機(jī)功率22 kW,轉(zhuǎn)速2 930 r/min,流量10 122~25 736 m3/h,全壓4 152~2 330 Pa。其主要由進(jìn)風(fēng)口、集流器、葉輪和蝸殼組成。

離心風(fēng)機(jī)集流器中添加了米字形結(jié)構(gòu)與環(huán)形擋環(huán)。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且葉片外形不規(guī)則，因此生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格比較困難，相反非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格適應(yīng)能力強(qiáng)，在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)有利于網(wǎng)格的自適應(yīng)。

因此離心風(fēng)機(jī)采用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。使用ANSYS 軟件中的CFD 軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，加米字形集流器模型網(wǎng)格數(shù)1 072 503，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)184 910；普通圓弧形模型網(wǎng)格數(shù)1 296 832，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)223 847。以離心風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)工作面環(huán)境下的運(yùn)行工況為依據(jù)，進(jìn)行離心風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)置：流量取22 806.54 m3/h，流速取6.335 15 m/s, 質(zhì)量流量取7.491 3 kg/s。把Pro/E 建立的幾何模型導(dǎo)入Fluent 中并對(duì)幾何模型的邊界條件計(jì)算參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。其中入口類型采用速度進(jìn)口，出口設(shè)為壓力邊界條件，本計(jì)算采用的樣機(jī)是礦用式離心風(fēng)機(jī)， 出口靜壓可以近似為0，蝸殼內(nèi)壁及葉輪壁面粗糙度均取0.5，集流器、葉輪、蝸殼等各流體區(qū)域結(jié)合處的公共面采用interface邊界類型面， 將葉片的壓力面和吸力面以及葉輪前盤、后盤和轉(zhuǎn)軸的內(nèi)外表面一起定義為旋轉(zhuǎn)壁面。環(huán)境壓力為101 325 Pa，取粉塵流體密度ρ=1.225 kg/m3。此類振動(dòng)的預(yù)防處理措施為：（1）檢查離心風(fēng)機(jī)殼體，如殼體存在裂紋的或磨損及其腐蝕嚴(yán)重的，應(yīng)加固或整體更換。計(jì)算時(shí)采用SIMPLE 壓力速度耦合方法進(jìn)行。

離心風(fēng)機(jī)對(duì)比分析

在額定轉(zhuǎn)速下， 假定風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處截面上動(dòng)壓靜壓均勻分布，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)口、出口壓力及壓差，集流器進(jìn)出口壓力及其壓差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。取點(diǎn)方法：在截面中心為軸心，周邊均勻取了20 個(gè)點(diǎn)，之后計(jì)算取其平均值，可以看出，同流量下，加米字形集流器的靜壓和全壓差分別為-4 389.0 Pa 和-2 252.9 Pa，而普通圓弧形集流器的壓差為-982.9 Pa 和-32.1 Pa，相比可以看出，離心風(fēng)機(jī) 加米字形集流器導(dǎo)流效果比普通圓弧形集流器好。但是同流量下，普通圓弧形集流器比加米字形集流器風(fēng)機(jī)壓差大，有效值大2 366 Pa，風(fēng)機(jī)全壓差加米字形比普通圓弧形小2 350.8 Pa，減少的這部分能量用于摩擦發(fā)熱。試驗(yàn)采用進(jìn)口堵片方式調(diào)節(jié)流量，從大流量至小流量共選取8個(gè)工況點(diǎn)，分別測(cè)試每個(gè)工況點(diǎn)的風(fēng)機(jī)流量、壓力、功耗和噪聲。說(shuō)明集流器經(jīng)過(guò)改造提高了粉塵流的導(dǎo)流能力，提高了風(fēng)機(jī)的性能。

本文對(duì)掘進(jìn)工作面離心風(fēng)機(jī)集流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)研究。并對(duì)改進(jìn)前、后的結(jié)構(gòu)的集流器導(dǎo)流效果做了理論分析。然后應(yīng)用Fluent 流體軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值建模分析， 充分認(rèn)識(shí)離心分機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)流體的流動(dòng)規(guī)律，并得到集流器及整個(gè)風(fēng)機(jī)的壓力云圖，截面所受阻力云圖，并取點(diǎn)做了統(tǒng)計(jì)分析。研究結(jié)果表明：離心風(fēng)機(jī)加米字形集流器使集流器進(jìn)出口壓差增加，明顯地起到對(duì)粉塵流場(chǎng)的導(dǎo)流作用。但是集流器由于增加米字形支撐架，造成集流器截面的摩擦力增大，消耗了風(fēng)機(jī)的一部分動(dòng)能。因此提高蝸殼型線設(shè)計(jì)水平，不僅能改善風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能，還能達(dá)到降低噪聲的效果。但對(duì)大型除塵離心風(fēng)機(jī)總體來(lái)看，采用該結(jié)構(gòu)大大減少制造難度和加工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。