微小型離心風機一體化優(yōu)化研究.pdf

1、微小型離心風機是一種常見的葉輪機械，具有壓力系數(shù)高、噪聲低等特點，被廣泛運用在能源、電子、航空等領(lǐng)域，成為研究的熱點對象。由于微小型離心風機自身的不對稱性，在風機的出口截面存在著較大的速度畸變，靠近蝸殼外側(cè)流體的速度是內(nèi)側(cè)流體速度的3-4倍，這種現(xiàn)象極其不利于微小型離心風機通風、散熱等功能的實現(xiàn)。微小型離心風機的不對稱性還會導致風機整體的效率低下，一般微小型軸流式風機的效率在70％左右，而微小型離心風機的效率只有40%-60%，因此提高

2、離心風機內(nèi)蝸殼參數(shù)對改善微小型離心風機的性能有著重要的意義?？紤]到微小型離心風機的結(jié)構(gòu)復雜性和參數(shù)的難以匹配性，實驗的方法必然會造成耗時長、代價大的結(jié)果，因此采用數(shù)值模擬計算的方法矯正出口速度畸變，進行畸變矯正器和蝸殼一體化設(shè)計，并改善微小型離心風機的整體性能，達到一體化優(yōu)化的目的。
　　本文首先對某一型號的離心風機進行了三維建模，然后采用Numeca軟件進行網(wǎng)格劃分和數(shù)值模擬計算，得到其內(nèi)部流場的計算結(jié)果，對確定轉(zhuǎn)速工況下離心風

3、機內(nèi)部流場的壓力和速度分布規(guī)律進行了分析。研究表明，離心風機內(nèi)部流動情況非常復雜，流體壓力和速度在離心風機內(nèi)部各個位置的變化揭示了離心風機對流體加速增壓的原理；葉輪葉片和葉道內(nèi)的流動揭示了“射流——尾跡”現(xiàn)象，說明了離心風機振動和噪聲的來源；離心風機出口截面的速度分布表明了流體在離心風機出口的速度非常不均勻，靠近蝸殼內(nèi)側(cè)的流體速度約為5m/s，靠近蝸殼外側(cè)的流體速度則超過了20m/s，速度從蝸殼內(nèi)側(cè)到外側(cè)呈現(xiàn)出遞增的趨勢，可見微小型離心

4、風機出口存在較大的速度畸變，對離心風機通風、散熱等功能的實現(xiàn)有較大的影響。
　　隨后針對離心風機出口截面速度的不均勻性，本文在傳統(tǒng)的微小型離心風機的基礎(chǔ)上，采用等邊基元法，設(shè)計了矯正速度畸變的蝸殼型線，以改善不均勻的速度分布。等邊基元法設(shè)計的蝸殼型線更符合蝸殼內(nèi)部流體流動的真實軌跡，蝸殼內(nèi)流體加速增壓的過程隨半徑的變化而變化，在接近出口時進入流動摻混段，使本身速度方向和大小不均勻的流體進行擠壓碰撞，傳遞能量，減弱各個流體團之間速度

5、的差異。本文創(chuàng)新性地定義了畸變方差（distortion variance）的概念，比較設(shè)計前后離心風機出口的畸變程度，畸變方差由原來的6m2/s2下降了一個數(shù)量級，使得不均勻性分析可以量化處理，更直觀地分析畸變矯正的結(jié)果。
　　最后由于離心風機內(nèi)部的復雜性，影響離心風機性能的參數(shù)非常多，在工程上通常采用正交試驗法進行分析。選出葉片數(shù)、葉型、斜切角度、扭轉(zhuǎn)角度四個參數(shù)進行了數(shù)值模擬計算，分別得出這個四個參數(shù)各自對微小型離心風機流量