離心通風(fēng)機(jī)氣體流動(dòng)的流體力學(xué)分析論文

1、離心通風(fēng)機(jī)氣體流動(dòng)的流體力學(xué)分析摘要 : 本文從流體力學(xué)的角度進(jìn)行了詳盡的分析研究，介紹了風(fēng)機(jī)的選型對抽風(fēng) 量的影響，探討了管路系統(tǒng)中的摩擦阻力、局部阻力、風(fēng)管直徑大小、彎頭的曲 率半徑等對風(fēng)量風(fēng)壓的影響；同時(shí)介紹了離心風(fēng)機(jī)特性、抽風(fēng)系統(tǒng)的管網(wǎng)特性， 管網(wǎng)中實(shí)際阻力與風(fēng)機(jī)額定風(fēng)壓及風(fēng)量的關(guān)系；應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件 FLUENT 對牛 73No1OD 離心式通風(fēng)機(jī)部的三維氣體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，重點(diǎn)分析 了各個(gè)部 分的壓強(qiáng)和速度分布。 關(guān)鍵詞：管網(wǎng)特性；離心式通風(fēng)機(jī)；三維數(shù)值模擬；壓力場；流場引言山于通風(fēng)機(jī)流場的試驗(yàn)測量存在許多難，使得數(shù)值模擬成為研究葉輪機(jī)械流場的一種重要手段。隨著計(jì)算流體

2、力學(xué)和計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，流體機(jī)械的部流場 研究 有了很大的進(jìn)展，從二維、準(zhǔn)三維流動(dòng)發(fā)展到全三維流動(dòng)。 Guo 和 Kim 用 定常和非 定常的三維RANS 方法分析了前向離心通風(fēng)機(jī)流動(dòng)情況； Carolus 和 Stremel 通過CFX針對風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)處的湍流分析得出莊強(qiáng)和噪聲的關(guān)系：Meakhail等利用PIV試驗(yàn)方法和 CFX 模擬相結(jié)合的方法對葉輪區(qū)域進(jìn)行了分析。但是很多 的研究者都是選取 某一個(gè)流道或單元作為研究對象，從而忽略了蝸殼的非對稱性 導(dǎo)致流動(dòng)的非軸對稱性， 或者把實(shí)際風(fēng)機(jī)模型簡化無法得到真正的部流場。 本文 運(yùn)用商業(yè)軟件FLUENT6.3,對牛 73NM0D 離心式通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)

3、工況下進(jìn)行定常 三維流動(dòng)數(shù)值模擬，捕捉部流動(dòng)現(xiàn)象，揭示風(fēng)機(jī)流動(dòng)實(shí)際情況，為風(fēng)機(jī)的進(jìn)一步 改進(jìn)，擴(kuò)大運(yùn)行工況提供理論依 據(jù)。抽風(fēng)系統(tǒng)的流體力學(xué)分析摩擦阻力對抽風(fēng)量和風(fēng)壓的影響空氣沿通風(fēng)管道流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩類阻力，一是曲空氣和管壁間的摩擦所造成 的摩擦阻力（乂稱沿程阻力）；二是空氣經(jīng)過風(fēng)管某些部件（如彎頭、三通、吸風(fēng)罩、蝶閥等）時(shí)發(fā)生方向和速度的變化以及產(chǎn)生渦流等原因而產(chǎn)生的局部阻力。圓形風(fēng)管單位長度的摩擦阻力可按下式計(jì)算：p _入 3 rmr D 2式中：Pmr-圓形風(fēng)管單位長度的摩擦阻力，Pa/m ：入一一摩擦阻力系數(shù)； V 風(fēng)管空氣平均流速， m/s ：P 空氣的密度， kg/m 3 ；D 一

4、一圓形風(fēng)管的直徑， mo在計(jì)算這兩類阻力時(shí)，通常是按照層流狀態(tài)來取摩擦阻力系數(shù)入的，這時(shí)， 沿程的壓力損失與空氣流速的一次方成正比，當(dāng)流速增大超過臨界流速Re = 2 300時(shí)，風(fēng)管的空氣流型變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)，則管沿程的壓力損失與空氣流速的 1? 75? 2.0次方成正比，也就是說，沿程阻力增加了近1 倍。通常把風(fēng)管壁看作是水力光滑管， 即管壁的絕對粗糙度K=0 ? 1 mm 來計(jì)算 的，而實(shí)際上，使用一段時(shí)間后，風(fēng)機(jī)葉輪、風(fēng)管、彎頭、傘形抽風(fēng)罩、折流板氣水分離器等處壁沾滿了油漆，這時(shí)風(fēng)管壁已經(jīng)變成了水力粗糙管( 或稱阻力平方區(qū) ) ，管壁的絕對粗糙度值Kx0.9 ? 3.0 mm ； 這時(shí)，單位

5、長度實(shí)際摩擦阻力 P 耐應(yīng)為計(jì)算單位長度摩擦阻力乘以修正系數(shù)B, B|J ：P mr=B x P mr假設(shè)：風(fēng)管空氣流速為 10m/s, 絕對粗糙度值K=0.1 mm ，貝 9 ：修正系數(shù) B=( Kv )0.25= (0.1 x 10) 0.25 = 1(1)式中： K 一一風(fēng)管壁絕對粗糙度， mm ：v 一一風(fēng)管空氣流速， m/so再假設(shè)：風(fēng)管空氣流速不變，仍為 10m/s, 但絕對粗糙度值K=1 mm, 貝 ij ： 修正系數(shù) B=(Kv)0.25 = (1x10 )0.25 = 1.78(2)也就是說，這時(shí)單位長度風(fēng)管的摩擦阻力是原來的 1.78 倍。再假設(shè)：風(fēng)管空氣流速為 10m/s

6、, 絕對粗糙度值K=2mm, 則：修正系數(shù) 3= (Kv) 0.25= (2x10 ) 0.25=2.114這時(shí)，單位長度風(fēng)管的摩擦阻力是原來的 2.114 倍。還有一個(gè)很重要的原因是，很多廠家在使用水簾噴漆室時(shí)，不添加或不按時(shí)按量添加漆霧絮凝劑，再就是不定時(shí)打撈漆泥漆渣，水量的漆泥隨著循環(huán)水流掛 在折 流板、擋水板、渦旋板、風(fēng)管壁上，使得壁絕對粗糙度大幅增加，摩擦阻力 也增加了 許多倍。 這就是眾多的噴漆室使用一段時(shí)間后風(fēng)壓下降、 抽風(fēng)量減小、 漆霧外溢的原 因之一。筆者認(rèn)為，設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)壓選擇不能僅僅放10%? 20% 的余 量，而是最好增加80% 左右的富余量； 要定期清理風(fēng)機(jī)葉輪、蝸殼、風(fēng)

7、管、折流板等抽風(fēng)系統(tǒng)的漆泥，而這是許多廠家不注重的，應(yīng)對操作人員進(jìn)行使用和維 護(hù)的培訓(xùn)。局部阻力的影響在風(fēng)道中流動(dòng)的流體，在通過彎頭、閥門、變徑管等處，方向和斷面積大小 發(fā) 生改變，有可能產(chǎn)生渦流損失或碰撞損失，這些稱為局部阻力。風(fēng)道部件的局部阻力可按下式計(jì)算：2 式中： AP- 一風(fēng)管部件的局部阻力，Pa； 一一局部阻力系數(shù)；v 一一風(fēng)管空氣平均流速， m/s ：P 一空氣的密度， kg/m 3 o在一般通風(fēng)系統(tǒng)中，由于風(fēng)管中各部件形狀不一，局部阻力系數(shù)很難計(jì)算， 通 常通過試驗(yàn)測定， 而后查表確定。 而實(shí)際風(fēng)管系統(tǒng)由于管徑、 流速、 介質(zhì)、 曲 率半徑、 漸擴(kuò)角等大小不一， 一旦有 1 個(gè)

8、參數(shù)變化， 其管路系統(tǒng)中實(shí)際局部阻力 也是變化的。 例如， 折流板汽水分離器在使用一段時(shí)間后， 表面會(huì)沾上漆泥， 使 得局部阻力增大， 空氣流速下降； 斷面面積變小， 乂使得空氣流速加快，空氣中 含漆霧顆粒增加，空氣 密度增大， 局部阻力系數(shù)也會(huì)變大，在這種狀況下，氣體會(huì)產(chǎn)生漩渦， 氣流變成紊流狀態(tài)，這些因素都會(huì)導(dǎo)致折流板處的局部阻力增大、 抽風(fēng)量下降。局部阻力系數(shù)是針對某一過流斷面平均流速而言的，但是，各種管件的 局部阻力損失，不是發(fā)生在流動(dòng)的某一斷面上，而是發(fā)生在一段長度的流段中， 如果 2 個(gè) 部件相隔太近， 那么它們之間就會(huì)相互影響， 這時(shí)流動(dòng)的狀況就復(fù)雜了， 就不能用手 冊中給定的來

9、計(jì)算了。因?yàn)椋謨灾械闹刀际窃跊]有其它阻力影 響的條件下測定的。例如：為了降低噴漆室的高度，在噴漆室后部頂上，往往是1 個(gè)傘形吸風(fēng)罩和蝶閥、 彎頭及風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口直接連接，中間很少有直管過渡，這時(shí)， 這一流段的局部阻力就不是兒個(gè)部件的阻力相加那么簡單了。阻力系數(shù)會(huì) 有變化，管道中會(huì)產(chǎn)生漩渦，主流受到壓縮或擴(kuò)散，流速分布會(huì)迅速改組，黏性 阻力和慣性阻力都會(huì)顯著增大。風(fēng)管直徑大小對風(fēng)速的影響管空氣流速在 614m/s 為宜， 最好不超過1Om/s 。有些制造商為節(jié)省材料成本，將風(fēng)管直徑做得很小，使管風(fēng)速過大，甚至達(dá)到 24 m/s, 使得風(fēng)阻急劇 增大，當(dāng)軸功率一定時(shí)，抽風(fēng)量會(huì)下降，導(dǎo)致漆霧無法抽出去

10、。例如，某企業(yè)為 外地某廠生產(chǎn)的 2 臺(tái)噴漆室， 抽風(fēng)效果一直很差， 漆霧外溢嚴(yán)重， 2 次更換風(fēng)機(jī)后， 仍然無法解決問題，筆者到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)， 風(fēng)機(jī)風(fēng)管直徑設(shè)計(jì)太小， 風(fēng)管的摩擦 阻力和局部阻力都陡然增大，導(dǎo)致抽風(fēng)量嚴(yán)重下降，結(jié)果僅僅更換了大直徑的風(fēng) 管就徹底解決了問題。還有，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口至風(fēng)管排氣口長度問題，一般應(yīng)將排風(fēng)管接出車間外屋頂 2m 以上高度，以利用大氣壓差。日前常見的問題是一些設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)往往只 考慮風(fēng) 機(jī)進(jìn)風(fēng)段的阻力問題， 不考慮風(fēng)機(jī)出風(fēng)段的風(fēng)阻， 更不考慮室外排風(fēng)管的 高度， 這是 欠妥的。彎頭的曲率半徑對局部阻力系數(shù)的影響90 。的風(fēng)管彎頭其局部阻力系數(shù)與風(fēng)管彎曲的曲率半徑與

11、與風(fēng)管直徑之比 R/D 成反比， R/ D 越大，值越小；如： R/ D 為 1 時(shí)，為 0.23, R/ D 為 2 時(shí)，為 0.15, R/D 為 2.5 時(shí)， 為 0.13, 當(dāng) R/D 大于 2.5 時(shí)， 減少 效果就不明顯了。 一般應(yīng)采用 R/D 為 2.0-2.5, 這樣局部阻力系數(shù)可小些。 需要說明的是，這里所指的風(fēng)管彎頭是指的 光滑圓風(fēng)管，在制造中，一般都是分成 5 段制作，放樣、滾圓，再咬邊或焊接成一個(gè)整體（俗稱蝦米彎），而這樣一 個(gè)90的蝦米彎頭，其阻力系數(shù)比光滑園風(fēng)管彎頭的 乂要大，如：R/D為1時(shí)，蝦米彎的值為0.33, R / D為2時(shí)，為0.19，而這是設(shè)計(jì) 者們通

12、常忽視的 地方。更有些廠家為降低造價(jià)，多采用 R/D為1,這是不可取的。這 些地方累 積起來，管網(wǎng)系統(tǒng)的莊力損失就大了。風(fēng)管彎頭的局部阻力系數(shù)同時(shí)還與 彎曲角度成正比，如彎曲角度越大，則阻力系數(shù)越大，一般應(yīng)盡M采用45、60。和 90的彎頭。3抽風(fēng)系統(tǒng)的管網(wǎng)特性及工作點(diǎn)分析離心風(fēng)機(jī)特性離心風(fēng)機(jī)即使在轉(zhuǎn)速相同時(shí)，它所輸送的風(fēng)M也可能各不相同。系統(tǒng)的壓力 損 失小時(shí)，要求的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓 AP = 2v2 p就小，則輸送的風(fēng)M就大；反之，系統(tǒng) 的壓 力損失大時(shí)，所要求的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓就大，則輸送的風(fēng)M就小。風(fēng)機(jī)的特性曲線見圖1。從中可看出，風(fēng)機(jī)可以在各種不同的風(fēng)M下工作。在抽風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)將按其特性曲線上的莫

13、一點(diǎn)工作，在此點(diǎn)上，風(fēng)機(jī)的風(fēng)M與系統(tǒng)中的壓力得到平衡，山此也確定了風(fēng)機(jī)的風(fēng)但正是風(fēng)機(jī)的這種自動(dòng)平衡的性能，致使有時(shí)在實(shí)際情況下，風(fēng)機(jī)的風(fēng)M和風(fēng)壓滿足不了設(shè)計(jì)要求。1/%3000- 200011(X)0-024-9080-70 60-5()40 30-20-1018圖1風(fēng)機(jī)的特性曲線12108649抽風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)特性風(fēng)機(jī)在抽風(fēng)管路系統(tǒng)中，作時(shí),其風(fēng)M、風(fēng)壓等參數(shù)不僅取決于風(fēng)機(jī)本身的性能，還與整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的特性有關(guān)（管網(wǎng)特性曲線及工作點(diǎn)見圖2）。管路系 統(tǒng)的總 阻力由系統(tǒng)中各種壓力損失的總和、吸入氣體所受壓力與排出氣體所受壓力的壓力差(當(dāng)山大氣吸入氣體并排出大氣時(shí)，壓差等于0)和山管網(wǎng)排出時(shí)的 動(dòng)壓

14、3部分組成，即圖中的P2 = f2 (Q)曲線所示。更多情況下，管路特性曲線 只取 決于管路系統(tǒng)的總阻力和管網(wǎng)排出時(shí)的動(dòng)壓，且二者均與流MQ的平方成 正比；管路特性曲線P2 = f 2 (Q)和風(fēng)機(jī)的性能曲線Pi=f 1 (Q)的交點(diǎn)D也 就是風(fēng)機(jī)的工 作點(diǎn)。當(dāng)管網(wǎng)中實(shí)際阻力大于風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)壓時(shí)，則風(fēng)M會(huì)減少 ；反之，當(dāng)管網(wǎng)中 實(shí)際阻力小于風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)壓時(shí)，則風(fēng)M會(huì)增大(管特性曲線與風(fēng)機(jī)性能關(guān)系見圖3)。P.=f.Q)P4QJ圖2管網(wǎng)特性曲線及工作點(diǎn) 圖3管特性曲線與風(fēng)機(jī)性能曲線如上所述，噴漆室在使用一段時(shí)間后，曲于管網(wǎng)系統(tǒng)中阻力逐漸變大，風(fēng)機(jī) 漸 漸無法克服系統(tǒng)的壓力損失，致使抽風(fēng)M逐步降低

15、，無法將過噴的漆霧及有 機(jī)溶劑 抽出，造成漆霧外溢到車間里；同時(shí)，噴漆室工件表面附近的空氣中充斥 著粒徑大小 不等的漆霧顆粒，很多黏在工件表面，影響表面噴涂質(zhì)還要指出的是：一般風(fēng)管系統(tǒng)中的局部阻力計(jì)算是建立在一個(gè)理想的管網(wǎng)結(jié) 構(gòu) 和靜態(tài)的模型基礎(chǔ)上的，但實(shí)際上多種結(jié)構(gòu)設(shè)訃本身的不足和在使用過程中動(dòng) 態(tài)的 變化，使得所訃算的局部阻力和實(shí)際使用中的風(fēng)阻差別很大，這也是現(xiàn)今一 些噴漆 室的問題所在。4流場控制方程的建立通風(fēng)機(jī)流速較低，可視為不可壓縮流動(dòng)，以恒定角速度旋轉(zhuǎn)的葉輪中，當(dāng)選 用 與葉輪一起旋轉(zhuǎn)的非慣性坐標(biāo)系來描述相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，可認(rèn)為葉輪的相對運(yùn)動(dòng)是定常的。因此葉輪不可壓縮，均質(zhì)，密度為常數(shù)的

16、連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程為(1)質(zhì)M守恒方程6血)|煙)嚴(yán)仙)_odx dy dz(2)動(dòng)2守恒方程2wxW + vvx(vvx /?) P P式中W相對速度；p 壓強(qiáng)f 質(zhì)H力；P 粘性系數(shù)；R半徑；-2u)xW 一哥氏力；? 3 x ( 3 xR)-離心力。(3)湍動(dòng)能方程令日勺+tff和)言者,/竺 Tdxi duj dm -C2 - pk ”ca；Jdxi dxj(4)湍動(dòng)能耗散率方程dm dm 一+ C1-U C、dxi dxj.1(5)湍流粘度系數(shù)方程廠km = pCu式中Cl, C2 , OK , 6, Cp 一一經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；Ui , Uj 一一 i , j方向的速度；Xi , Xj

17、i, j方向的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；p流體密度；P 壓力；F 一體積力；n , nt 一層流和湍流的粘度系數(shù)；K一一湍動(dòng)能；E一湍動(dòng)能耗散率。5計(jì)算對象及邊界條件風(fēng)機(jī)模型參數(shù)分析對象為4-73N210D離心通風(fēng)札 曲進(jìn)氣室、集流器、葉輪和蝸殼組成。在Pro/E中建立模型，為解決問題的方便，在整機(jī)的裝配中讓絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)處于同一位置，原點(diǎn)位于葉輪后盤中心外壁上 ，X軸負(fù)方向?yàn)槲仛こ隹诜较?Y軸負(fù)方 向?yàn)槲仛さ倪M(jìn)氣方向，Z軸正方向?yàn)檫M(jìn)氣室進(jìn)口方向。葉片后傾，進(jìn)、出口角分別為32、45葉輪徑720mm,葉輪外經(jīng)1000mm ,葉片進(jìn)口寬 350mm,葉片出口寬 250mm,進(jìn)氣室吸風(fēng)口為 1300mm x

18、600mm,蝸殼寬 650mm，出風(fēng)口為 900mm x650mm,葉片 12 個(gè)，轉(zhuǎn) 1200r/mino 5.2網(wǎng)格劃分在GAMBIT中對流道區(qū)域劃分網(wǎng)格如圖 4所示。由于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，采 取 四面體和六面體網(wǎng)格相結(jié)合的方式劃分，網(wǎng)格共計(jì) 676045O葉輪流動(dòng)區(qū)域采 用旋 轉(zhuǎn)參考系MRF坐標(biāo)法；葉片、前盤和后盤采用相對靜止參考系；進(jìn)氣室、集流器和蝸殼采用絕對靜止參考系。圖44-73N210D通風(fēng)機(jī)整體網(wǎng)格計(jì)算方法及假定(1)假定流動(dòng)是穩(wěn)定、粘性、不可壓縮；流動(dòng)過程中忽略質(zhì)M力作用；(2)葉輪進(jìn)口和集流器間有間隙，但在計(jì)算中處理為0,避免間隙區(qū)域壓力 梯度過大；(3)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下離散方程

19、采用壓力速度耦合SIMPLE算法，湍流模型采用 標(biāo)準(zhǔn)方程，使用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法。邊界條件進(jìn)口：按照容積流M計(jì)算所得，采用均勻進(jìn)口，速度 12.6m/so出口 ：設(shè)置 壓 力出口靜壓為大氣壓，空氣密度為1. 2kg/m 3o6結(jié)果分析靜壓分析由圖5可看出，靜壓從進(jìn)口至出口逐漸變化，在蝸殼外壁面達(dá)到最大，由于 出 口存在流動(dòng)損失而使此處的靜壓有所下降，這與文獻(xiàn)6結(jié)論相符。由圖5a可知，由于受到蝸殼的非軸對稱性影響，蝸殼較低靜壓處與葉輪中心不在同一軸上；曲圖5b靜壓較低?？芍?，在進(jìn)氣室的拐彎處和蝸舌處，曲于這兩者的形狀發(fā)生變化，導(dǎo)致圖5 (a)整機(jī)蝸殼壁而后視靜壓分布圖5 (b)整機(jī)蝸殼、進(jìn)氣室前室靜

20、壓分布Y軸方向靜壓分析Y軸為葉輪中心軸，葉輪后盤與蝸殼外壁有 40mm的間隙，在Y軸方向截 取 面：Y =-20mm 如圖 6a； Y =150mm 如圖 6b; Y =250mm 如圖 6c： Y =350mm 如圖6do從4個(gè)圖中看出，葉輪壓強(qiáng)分布并不因?yàn)槿~輪的軸對稱而對稱，漸擴(kuò) 螺 旋蝸殼是非軸對稱的，葉輪進(jìn)口處靜壓最低。葉輪靜壓中心偏向蝸殼擴(kuò)大處，出葉輪后靜壓逐漸增大在蝸殼外壁達(dá)到最大。山于流動(dòng)損失的存在，靜壓沿著蝸 殼出口 逐漸降低。圖6 (a) Y=-20mm后盤與蝸殼外壁間隙中間而靜壓圖6 (b) Y=150mm 葉輪軸向中間而靜壓圖6Y=250mm葉輪出口與前盤接觸軸向而靜壓圖

21、6 (d) Y=350mm葉輪進(jìn)口與前盤接觸軸向而靜壓. 3葉輪區(qū)域靜壓分析葉輪區(qū)域的靜壓分布如圖 7所示。(b)葉輪區(qū)域前盤和葉輪出口靜壓圖7 (a)葉輪壁面靜壓靜,有,此珍等用是后來吳等葉片非工作面和前盤附近，特別是兩者的交匯區(qū)域積累了一個(gè)低能流體區(qū)， 壓、相對速度均較低，此處形成了尾跡區(qū)，但是尾跡區(qū)不是完全的“死水區(qū)” 流體通過只是速度較低。葉片工作面和前盤附近的流體靜壓、相對速度均較高 處形成了射流區(qū)。Fisher和Thpoma用顏料做離心泵葉輪中的顯示試驗(yàn)，淑PIV法進(jìn)行三維流動(dòng)測定，根據(jù)流動(dòng)照片也驗(yàn)證這一區(qū)域的存在。這就學(xué)者所說的射流？尾跡流動(dòng)結(jié)構(gòu)葉片靜壓分析 葉片工作面圖8a上的

22、靜壓比非工作面圖8b上的高且分布明顯不同：葉片 工作面上靜壓分布不均，山分布可看出 85%以上的做功來自于工作面；非工作面上靜壓分布較均勻，從葉片根部向頂端逐漸增大。在單個(gè)葉道，兩側(cè)壁附面層中的氣流前 進(jìn)的速度比較低，氣體受到壓力差的作用從高莊區(qū)流向低壓區(qū)，這種流動(dòng)與主氣流方向垂宜從而產(chǎn)生了二次流。(b)葉片非工作面靜壓分布取圖9所示分析。圖8 (a)葉片工作面靜壓分布整機(jī)全壓分析包括全部外壁時(shí)無法看清部全壓分布圖9壁面全壓側(cè)視圖從圖9很清楚地看出全壓的變化分布惜況，特別是在集流器和葉輪區(qū)域變化最為明顯。在集流器處全壓很低這是山于氣流從軸向開始向徑向轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的。葉輪區(qū)域依賴葉輪做功，全壓在葉

23、道逐漸升高，且在葉片，作面出口處達(dá)到最大,進(jìn)入蝸殼后山于流動(dòng)損失存在乂逐漸降低。這兩個(gè)區(qū)域流動(dòng)情況差別很大，這是山于流道的位置不同和蝸殼的非對稱性引起的。所以對整個(gè)通風(fēng)機(jī)來說，不能單單研究莫個(gè)部分或?qū)δ獋€(gè)流道il?算，因?yàn)檫@不但難反映整體流場的實(shí)際情況，而且計(jì)算的邊界條件也很難確定，這就為計(jì)算的準(zhǔn)確性、合理性帶來困難。流道區(qū)域速度分析此區(qū)域速度大小變化不太明顯，但是受旋轉(zhuǎn)的后盤和靜止的蝸殼壁的共同作 用 使這部分流體產(chǎn)生了扭曲，流體旋轉(zhuǎn)的中心接近蝸舌處與葉輪的流動(dòng)完全不在 同一 軸上，這是整機(jī)模擬得到的乂一重要現(xiàn)象。在前盤和蝸殼間的流體速度變化 較明顯，氣流在葉輪出口處突然擴(kuò)壓，導(dǎo)致氣流速度降

24、低與主流氣體發(fā)生沖擊擾 動(dòng)，從而在蝸舌處產(chǎn)生了二次流風(fēng)機(jī)葉輪中截面上的速度分布，從中看出流體從 葉輪進(jìn)口到葉輪出口方向速度逐漸增大，出葉輪后速度逐漸降低。在靠近蝸殼出 口處的葉輪通道的速度比其他部分的葉輪通道速度小，因此訃算風(fēng)機(jī)葉輪通道流 場的時(shí)候，假設(shè)每個(gè)葉輪通道都是相同的也是不對的。蝸殼出口處， 可看到在出口的右下角有二次流的現(xiàn)象出現(xiàn)， 此處位于蝸殼擴(kuò) 大一方近蝸舌處，是受到蝸殼出口流道的主流和蝸舌處的擾流共同作用而產(chǎn)生。 從渦流的位置來看，上部渦流比較靠近蝸殼的前壁面處，下部渦流比上部渦流強(qiáng) 烈，且靠近蝸殼后壁面處。對圖綜合分析，可以得出流體在蝸殼不是以平流流出， 而是以麻花狀旋流狀態(tài)流

25、出。看出在蝸殼出口流道有回流產(chǎn)生，并且山此圖可以清楚的看到流體不是平流而是扭曲著旋流流出。顯示氣流在進(jìn)氣室的變化不大，且在進(jìn)入葉輪中心后流動(dòng) 比較均勻，流速隨著葉片的方向逐漸增大，在前盤一方的蝸殼擴(kuò)大處有二次流產(chǎn) 生且比較明顯。同時(shí)也可以看出在后盤和蝸殼壁的間隙處、蝸舌處二次流較多較 強(qiáng)，所以此處的噪聲比較大，可為噪聲的分析提供理論依據(jù)。蝸殼出口的延伸部分很明顯的有股較強(qiáng)的氣流，這也是吳等所說的尾流一射流結(jié)構(gòu)。結(jié)論本文有針對性地對離心通風(fēng)機(jī)部湍流場進(jìn)行三維數(shù)值模擬，觀察了離心通風(fēng)機(jī)部流動(dòng)情況，重點(diǎn)分析了流道部各個(gè)部分的壓強(qiáng)和流場，得出如下結(jié)論：發(fā)現(xiàn)了由于整機(jī)的非軸對稱性而產(chǎn)生了流體區(qū)域的壓強(qiáng)和

26、流速的非軸對稱 性。后盤與蝸殼間隙中的流體流動(dòng)的中心偏向蝸舌處，葉輪區(qū)域部壓力場和流場 的中心不是沿中心軸方向，而是偏離中心軸。蝸殼部整體的流動(dòng)像扭曲的麻花狀旋流流出；結(jié)果顯示葉片和前盤間，蝸殼出口處存在尾流- 射流現(xiàn)象；靠近葉輪前盤的葉片處所受全壓偏高于葉根處的壓力。工作面上的壓力大于 非工作面葉片上的壓力，由于壓力差的產(chǎn)生，從而使流體從高壓向低壓流動(dòng)產(chǎn)生 了軸向的二次流現(xiàn)象。參考文獻(xiàn)1 淑珍，祁，義云，等. 小流量工況下離心風(fēng)機(jī)蝸殼部的三維流動(dòng)測量分析J . 交通大學(xué)學(xué)報(bào)2002.2吳，慶光，樹紅.通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)M.清華大學(xué)，2005.1.徐寶仁 . 變頻調(diào)速泵特性與肖能的探討J. 農(nóng)業(yè)裝

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