基于三維數(shù)值模擬的離心式通風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、前向離心式通風(fēng)機(jī),如9-19、9-26系列,由于其具有較高的輸出壓力,因而廣泛應(yīng)用于物料輸送、鍛冶爐及高壓強(qiáng)制通風(fēng)。相比于后向風(fēng)機(jī),前向風(fēng)機(jī)有效率較低、噪聲較高、工作范圍偏窄的缺點(diǎn)。本文主要針對(duì)前向離心式通風(fēng)機(jī)且以9-19風(fēng)機(jī)為設(shè)計(jì)實(shí)例,通過(guò)提出合理的氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法將前向葉片重新設(shè)計(jì)成后向葉片,并采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析和優(yōu)化,從而在保證滿(mǎn)足流量、壓力等條件下,提高風(fēng)機(jī)的效率。
　　 本文的設(shè)計(jì)思想是基于離心風(fēng)機(jī)葉輪流道內(nèi)的流動(dòng)特

2、點(diǎn),從葉輪流道內(nèi)的速度分布出發(fā),控制邊界層的增長(zhǎng)、吸力邊邊界層分離、分層效應(yīng)及二次流,從而達(dá)到減弱尾流區(qū)、減小流動(dòng)損失的目的。這使得本文的設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)方法更符合實(shí)際流動(dòng)狀況。氣動(dòng)設(shè)計(jì)的主要步驟是:通過(guò)控制葉輪內(nèi)平均相對(duì)速度的分布,設(shè)計(jì)葉輪的幾何形狀,并采用一系列目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,篩選氣動(dòng)結(jié)構(gòu);對(duì)合理的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成型,通過(guò)三維數(shù)值模擬分析其整體性能和流動(dòng)狀況,并作進(jìn)一步優(yōu)化。
　　 本文采用三維時(shí)均Navier-Stokes

3、方程,并結(jié)合RNGκ-ε湍流模型,對(duì)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分吻合,并很好的預(yù)測(cè)了離心風(fēng)機(jī)的全壓和效率曲線。通過(guò)數(shù)值模擬,本文比較了不同設(shè)計(jì)模型和原始機(jī)型的性能和流動(dòng)特征。相比于原始機(jī)型,最優(yōu)設(shè)計(jì)模型的效率平均提升5％左右,風(fēng)機(jī)流場(chǎng)內(nèi)的分離流動(dòng)、二次流、射流.尾流均有減弱。本文詳細(xì)的分析了風(fēng)機(jī)各部分的流動(dòng)以及不同工況條件下葉輪流道內(nèi)速度和壓力的分布情況,并捕捉到了風(fēng)機(jī)流場(chǎng)內(nèi)的分離流動(dòng)、二次流、射流-

4、尾流等流動(dòng)特征。葉輪損失是整個(gè)風(fēng)機(jī)的損失的最主要來(lái)源,約占總損失的1/2,而蝸殼部分的損失則占據(jù)了剩余損失的絕大部分。葉輪子午平面初始段,前盤(pán)表面聚集了低速流體,從而引起了整個(gè)流道內(nèi)流動(dòng)的不穩(wěn)定,隨著流量的增加,這種不穩(wěn)定性越來(lái)越強(qiáng)烈。同時(shí),由于葉輪和蝸殼的相互作用,在蝸殼內(nèi)形成了二次流和環(huán)流。在幾乎所有的葉輪流道出口附近,都存在典型的射流一尾流結(jié)構(gòu)。由于旋轉(zhuǎn)和曲率的影響,葉輪流道內(nèi)的二次流較為顯著。最后,本文還分析了風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口和葉輪之