風機廣泛應用于冶金、化工、鋼鐵、水泥等重工業(yè)。其結(jié)構(gòu)特點是整體結(jié)構(gòu)緊湊，葉輪寬徑比小，內(nèi)、外徑比小，長、短葉片分布均勻，壓力系數(shù)高，流量系數(shù)小，因此常用于高壓、小流量場合。針對風機效率低、加工工藝復雜等缺點，提出了一種改進的風機效率設計方案，并采用CFD數(shù)值計算方法進行了分析驗證。建立風機性能預測模型的主要方法有三種：（1）應用數(shù)學、流體力學和流場理論建立離心風機模型，預測離心風機的性能。

本文對風機進行改進和設計的主要思路是利用N-S方程和SSTK-U湍流模型計算斜槽風機樣機的流量。數(shù)值計算結(jié)果與原始測量數(shù)據(jù)吻合較好，證明了該計算模型和數(shù)值計算方法的可行性。通過對風機不同截面的等值線和流線的觀測，分析了葉輪通道內(nèi)流動損失的原因。通過控制葉片吸力面邊界層的分離，降低了風機的內(nèi)部流動損失。針對風機內(nèi)部流動狀況，提出了三種不同的改進方案。在改進方案不能滿足性能要求的情況下，對風機進行了重新設計。為了使風機葉片通道內(nèi)的流動更加合理，根據(jù)葉輪通道截面面積逐漸變化的原理，建立了風機葉片型線形成的數(shù)學模型，并根據(jù)該數(shù)學模型完成了風機葉片型線的設計。風機葉片的設計采用“雙圓弧”成形方法，不僅簡化了風機的加工工藝，而且使風機的總壓力提高到5257pa，效率提高到68%。工作人員進行了技術(shù)探討，確定了風機、脫硫增壓風機的風量、風壓及系統(tǒng)抗延長性能。最后介紹了離心風機的瞬態(tài)計算方法，分析了瞬態(tài)計算中時間步長的選擇原則。采用瞬態(tài)數(shù)值方法對新設計的風機內(nèi)部流動進行了數(shù)值模擬。在瞬態(tài)計算結(jié)果穩(wěn)定后，風機采用FW-H模型計算了設計風機的氣動噪聲，遠場噪聲值為58dB。

為改善風機受氣體粘性影響導致流動分離加劇的現(xiàn)象，在傳統(tǒng)蝸殼型線設計理論的基礎(chǔ)上，研究氣體粘性力矩對蝸殼壁線分布的影響，并采用動量矩修正方法對其進行改型設計。另外，為真實反映風機內(nèi)流場分布情況，在標準k-ε 計算模型的擴散項中加入粘性應力作用，使其高計算誤差降低至3%。對比分析改型前后風機數(shù)值模擬計算和試驗測量結(jié)果可知，采用修改的k-ε 模型進行計算發(fā)現(xiàn)改型后風機內(nèi)旋渦強度減小，蝸殼出口靠近蝸舌處流動分離得到改善。采用數(shù)值計算方法對斜槽離心風機的內(nèi)部流動進行了分析，并根據(jù)內(nèi)部流動規(guī)律進行了相應的改進和設計工作。試驗結(jié)果表明：改型風機出口靜壓提升約25Pa，較大全壓效率較原型機提升約10%。

同時，由于蝸殼張開度擴大能夠抑制流動分離，使蝸舌附近區(qū)域的旋渦強度及其影響區(qū)域減小，從而有效地降低了多翼離心風機噪聲2.5dB。多翼離心風機廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，是工業(yè)生產(chǎn)中主要耗能設備之一，蝸殼作為離心風機中不可或缺的基本元件，其結(jié)構(gòu)的不對稱性及內(nèi)部流動的復雜性會對葉輪出口氣流角造成較大影響，使其沿圓周方向呈現(xiàn)出明顯的不對稱性。而在風機實際運行過程中，風機葉輪出口氣流與蝸殼壁面間存在強烈的非定常干涉，使得蝸殼壁面成為風機的主要噪聲源。因此提高蝸殼型線設計水平，不僅能改善風機氣動性能，還能達到降低噪聲的效果。在遠場噪聲計算中，隨著受流點到葉輪中心距離的增加，風機噪聲值呈下降趨勢。目前國內(nèi)外學者對離心風機蝸殼型線的研究，主要集中在尋找能真實反映蝸殼內(nèi)流體流動狀態(tài)的設計方法。

以風機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優(yōu)化蝸殼型線，并用試驗證明了良好的蝸殼型線不僅能提高風機效率及全壓，還能改變流量-壓力曲線的變化趨勢；結(jié)果表明，數(shù)值計算方法可以定性地計算出風機的噪聲值，但由于計算值與實驗值之間存在較大誤差，無法替代噪聲的實驗研究。BEENA等[11]通過應用層次分析法（AHP），對蝸殼的重要幾何參數(shù)進行了優(yōu)先排序，闡明了各參數(shù)對離心風機性能的影響;風機采用3種不同流量的五孔探頭，測量了風機蝸殼內(nèi)流體的三維流動，得出傳統(tǒng)一維蝸殼型線設計方法忽略了風機內(nèi)部嚴重的泄漏情況，應根據(jù)流體實際流動進行修正的結(jié)論。本文在傳統(tǒng)蝸殼型線設計理論基礎(chǔ)上，以某抽油煙機用多翼離心風機為研究對象，

風機采用動量矩修正方法對其進行性能優(yōu)化。并考慮粘性應力的作用對原有k-ε計算模型進行修正，以期提高數(shù)值計算結(jié)果的準確度，為CFD數(shù)值模擬預測風機性能的可靠性提供參考。多翼離心風機由進口集流器、葉輪及蝸殼組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其設計轉(zhuǎn)速n=1200r/min，設計流量Qv=0.15m3/s，主要尺寸參數(shù)為：風機蝸殼寬度b1152mm，葉輪內(nèi)徑1D210mm,葉輪外徑2D246mm，葉片進口安裝角178A，葉片出口安裝角2160A，葉片圓弧半徑r14mm，葉片數(shù)z60。最后介紹了離心風機的瞬態(tài)計算方法，分析了瞬態(tài)計算中時間步長的選擇原則。為了提供更好的來流條件，給定較為準確的邊界條件，本研究在利用Solidworks軟件對風機進行三維建模時，分別將進風區(qū)域和出風區(qū)域進行延長處理，以保證進出口氣體的流動充分發(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電動機結(jié)構(gòu)進行一定程度的簡化，