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径向弯平板叶片离心风机性能的数值研究

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径向弯平板叶片离心风机性能的数值研究

发布日期:2018-04-24 作者: 点击:

离心风机是依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的机械,它是一种从动的流体机械。1862年,英国圭贝尔发明的离心风机,离心风机由此诞生。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷?#27492;?#36710;辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却;锅炉和工业炉窑的通风和引风;空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风;?#20219;?#30340;烘干和选送;风洞风源和气垫船的充气和?#24179;?#31561;。



双风机

  

   


   在风机的各类产?#20998;校?#31163;心风机的结构是比较简单的,制造也比较方便。根据离心风机的机号大小和用途的不同,其结构?#38382;?#20063;有繁简之异。

  

  【摘要】离心风机是工业生产中提供气体动力的重要工艺设备,在国民经济和日常生活中占有重要的地位。离心风机叶片对叶轮内的?#23548;?#27969;动情况起主要作用,合理优化叶片型线和叶片型式可有效提升风机与其他流体机械综合性能。本文使用处理软件GAMBIT建立物理模型和划分网格,在FLUENT软件中对实验工况下G4-73型离心式通风机的内部流场进行数?#30340;?#25311;,研究径向弯曲叶片(径向弯曲曲线控制函数为二次BEZIER函数)正弯及反弯叶片对离心风机性能的影响。由模拟结果可知,正弯叶片最大效?#26102;?#21453;弯叶片最大效率高0.4%。通过分析其内部流场发现:当风机入口流量减小到某一程度后,风机内部的流动状态会发生突然改变,出?#20013;?#36716;失速现象;另外,从整体来看,蜗壳结构,特别是蜗舌及其邻近的蜗壳流道对小流量时的空气流动影响显著。

  

  中国论文网 http://www.xzbu.com/9/view-5675371.htm

  

  【关键词】离心风机;数?#30340;?#25311;;径向弯曲;性能影响

  

  中图分类号:TH432 文献标志码:A 文章编号:1673-8500(2013)11-0126-01

  

  一、离心风机结构及工作原理

  

  离心式风机的主要部件有:叶轮、机壳、导流器、进风箱以及扩散器等,其中,机壳通常由蜗壳、进出风口和蜗舌组成。

  

  离心风机的主要工作部件是叶轮。当原动机带动叶?#20013;?#36716;时,叶?#31181;?#30340;叶片迫使流体旋转,即叶片对流体沿它的运动方向做功,从而使流体的压强势能和动能增加;流体在惯性力的作用下,从中心向叶轮边缘流去并以很高的速度流出叶轮进入压出室,再经扩散管排出,这个过程称为压气过程。同时,由于叶?#31181;?#24515;的流体流向边缘,在叶?#31181;?#24515;形成低压区,当它具有足够的真空时,在吸入端压强的作用下(一般是大气压),流体经吸入室进入叶轮,整个过程称为吸气过程。由于叶轮连续的旋转,流体也?#22303;?#32493;地吸入排出,形成离心式风机的连续工作。

  

  二、离心风机数?#30340;?#25311;研究

  

  1.风机模型网格划分

  

  模型网格划分,进口管网格数为25720,集流器网格数为19524,蜗壳网格数为126381,出口管1的网格数为19387,出口管2的网格数为7260,e=0.02叶片对应叶轮的网格数为788020,e=-0.02叶片对应叶轮的网格数为813387个。整机网格数为986292(叶片对应风机模型),1011659(e=-0.02叶片对应风机模型)。

  

  2.边界条件设置

  

  网格划分完成后,接着对模型的边界条件进行确定。风机进口采用VELOCITY _INLET(速度入口)边界条件,风机出口采用PRESSURE_OUT(压力出口)边界条件,将进口管与集流器接触面、风机蜗壳出口与出口管1接触面及出口管1与出口管2接触面定义为INTERIOR条件,集流器、叶轮、蜗壳和间隙等各流体区域结合处的公共面采用INTERFACE条件,将叶片的压力面和吸力面以及叶轮前盘、后盘和转轴的内外表面一起定义为旋转固体壁面。叶轮的边界条件。

  

  淡黄色为INTERFACE边界条件,白色为WALL边界条件。

  

  区域类型统一全部设置为FLUID(流体)类型。

  

  以上条件全部设置完成后,导出网格文件。

  

  3.FLUENT模拟计算

  

  启动FLUENT的3D版本,对模型中指定的INTERFACE面进行设置,本模型一共设置了10个INTERFACE面,共五组,在FLUENT中对其进行设置。保持默认的求解器设置。

  

  出口为压力出口,设置出口静压为100Pa,叶轮选用旋转坐标,旋转壁面边界条件为r/min,蜗壳选用静止坐标,给定标准壁面边界条件,旋转叶轮和静止蜗壳之间的耦合采用MRF模型。设置计算残差值为1e-4,将残差,出口流量,转矩设置为监视值。初始化整个流场。设置迭代次数后启动计算,迭代过程中残差值在逐渐减小,达到所给的残差要求,判定结果收敛后,计算停止。

  

  三、计算结果及分析

  

  通过模拟,得到了G4-73型离心式风机e=0.02正弯反弯叶片各8组实验工况点参数共十六组数据,读出每个工况点的全压p,流量qv,以及转矩T,根据式可以得出每个工况点的效率,进而得到风机的特性曲线。

  

  η=■

  

  式中:n――风机转速,这里取1450r/min。

  

  由风机效?#26159;?#32447;可知,正弯叶片最大效?#26102;?#21453;弯叶片最大效率大0.4%,两种叶片对应曲线趋势与原风机效率特性曲线大致相同。在小流量工况,反弯叶片对应风机效?#20107;?#22823;于正弯叶片对应风机效率,随着流量的增大,正弯叶片效率增长速?#21364;?#20110;反弯叶片效率增长速度,在流量大约5.5m3/s时,两者效率差达到最大,为1.73%。随后随着流量增加,两者之间效率差逐渐减小,到流量为6.31m3/s时,两者效率?#21363;?#21040;最大,此时正弯叶片效?#26102;?#21453;弯叶片效率大0.4%。在大流量工况时,两者效率相差不大,而且大流量工况时随着流量增?#26377;事?#26377;降低,但降?#22836;?#24230;不大。

  

  四、结论

  

  本文利用GAMBIT对离心风机进行3D建模并划分网格,e=0.02对正弯及反弯叶片对应风机进行研究。在FLUENT中选择标准k-ε湍流模型,采用压力修正SIMPLE算法。对风机全压、效率及内部流场进行分析。得到如下结论:

  

  1.本文介绍了离心风机基本理论与数?#30340;?#25311;相关知识,对数?#30340;?#25311;软件FLUENT进行简要概述。在这基础?#24076;?#24314;立正弯及反弯叶片离心风机,运用数?#30340;?#25311;相关方法,模拟风机内部流动。经过模拟,从得出的数据看,基本符合风机实验数据。

  

  2.从空气进入叶轮流道中流动的情况的对比分析可知,大流量时空气流动均?#20154;?#30021;,风机损失的增加主要是由高流速引起的?#27426;?#23567;流量时空气流动可见明显的不均匀性和较多逆流、?#34892;?#21644;回流,风机损失的增加主要由流动的紊乱引起的。因此大流量时提高效率应考虑减少冲击损失和减少?#25345;?#21147;影响为主,而小流量时提高效率应考虑改善风机结构以顺畅和均匀流场为主。

  

  综上所述,数?#30340;?#25311;方法可以很好地模拟风机的内部流场,可以对风机性能进行很好地模拟。这样可以省去传统的实验方法复杂的实验设备、繁多的实验步骤、较长的时间。碍于本?#38382;?#29992;的PC机性能限制,网格划分较粗糙,对模拟或多或少产生影响,而且小流量工况的选取计算点也对最后的结果分析有一定影响。总之,数?#30340;?#25311;方法可以根据需要提供详细的数据,为我们改进和设计性能更好的风机指明方向。


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