基于三維數值模擬的離心式通風機葉輪設計方法研究.pdf

1、前向離心式通風機,如9-19、9-26系列,由于其具有較高的輸出壓力,因而廣泛應用于物料輸送、鍛冶爐及高壓強制通風。相比于后向風機,前向風機有效率較低、噪聲較高、工作范圍偏窄的缺點。本文主要針對前向離心式通風機且以9-19風機為設計實例,通過提出合理的氣動設計方法將前向葉片重新設計成后向葉片,并采用數值模擬方法進行分析和優(yōu)化,從而在保證滿足流量、壓力等條件下,提高風機的效率。
　　 本文的設計思想是基于離心風機葉輪流道內的流動特

2、點,從葉輪流道內的速度分布出發(fā),控制邊界層的增長、吸力邊邊界層分離、分層效應及二次流,從而達到減弱尾流區(qū)、減小流動損失的目的。這使得本文的設計方法比傳統(tǒng)方法更符合實際流動狀況。氣動設計的主要步驟是:通過控制葉輪內平均相對速度的分布,設計葉輪的幾何形狀,并采用一系列目標函數和設計準則,篩選氣動結構;對合理的氣動結構進行成型,通過三維數值模擬分析其整體性能和流動狀況,并作進一步優(yōu)化。
　　 本文采用三維時均Navier-Stokes

3、方程,并結合RNGκ-ε湍流模型,對離心風機內部流場進行了數值模擬。數值模擬的計算結果和實驗數據十分吻合,并很好的預測了離心風機的全壓和效率曲線。通過數值模擬,本文比較了不同設計模型和原始機型的性能和流動特征。相比于原始機型,最優(yōu)設計模型的效率平均提升5％左右,風機流場內的分離流動、二次流、射流.尾流均有減弱。本文詳細的分析了風機各部分的流動以及不同工況條件下葉輪流道內速度和壓力的分布情況,并捕捉到了風機流場內的分離流動、二次流、射流-

4、尾流等流動特征。葉輪損失是整個風機的損失的最主要來源,約占總損失的1/2,而蝸殼部分的損失則占據了剩余損失的絕大部分。葉輪子午平面初始段,前盤表面聚集了低速流體,從而引起了整個流道內流動的不穩(wěn)定,隨著流量的增加,這種不穩(wěn)定性越來越強烈。同時,由于葉輪和蝸殼的相互作用,在蝸殼內形成了二次流和環(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構。由于旋轉和曲率的影響,葉輪流道內的二次流較為顯著。最后,本文還分析了風機進風口和葉輪之