微小型離心風(fēng)機(jī)一體化優(yōu)化研究.pdf

1、微小型離心風(fēng)機(jī)是一種常見(jiàn)的葉輪機(jī)械，具有壓力系數(shù)高、噪聲低等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用在能源、電子、航空等領(lǐng)域，成為研究的熱點(diǎn)對(duì)象。由于微小型離心風(fēng)機(jī)自身的不對(duì)稱性，在風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)通風(fēng)、散熱等功能的實(shí)現(xiàn)。微小型離心風(fēng)機(jī)的不對(duì)稱性還會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)整體的效率低下，一般微小型軸流式風(fēng)機(jī)的效率在70％左右，而微小型離心風(fēng)機(jī)的效率只有40%-60%，因此提高

2、離心風(fēng)機(jī)內(nèi)蝸殼參數(shù)對(duì)改善微小型離心風(fēng)機(jī)的性能有著重要的意義?？紤]到微小型離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和參數(shù)的難以匹配性，實(shí)驗(yàn)的方法必然會(huì)造成耗時(shí)長(zhǎng)、代價(jià)大的結(jié)果，因此采用數(shù)值模擬計(jì)算的方法矯正出口速度畸變，進(jìn)行畸變矯正器和蝸殼一體化設(shè)計(jì)，并改善微小型離心風(fēng)機(jī)的整體性能，達(dá)到一體化優(yōu)化的目的。
　　本文首先對(duì)某一型號(hào)的離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行了三維建模，然后采用Numeca軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分和數(shù)值模擬計(jì)算，得到其內(nèi)部流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)確定轉(zhuǎn)速工況下離心風(fēng)

3、機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的壓力和速度分布規(guī)律進(jìn)行了分析。研究表明，離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)情況非常復(fù)雜，流體壓力和速度在離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部各個(gè)位置的變化揭示了離心風(fēng)機(jī)對(duì)流體加速增壓的原理；葉輪葉片和葉道內(nèi)的流動(dòng)揭示了“射流——尾跡”現(xiàn)象，說(shuō)明了離心風(fēng)機(jī)振動(dòng)和噪聲的來(lái)源；離心風(fēng)機(jī)出口截面的速度分布表明了流體在離心風(fēng)機(jī)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(guò)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(shì)，可見(jiàn)微小型離心

4、風(fēng)機(jī)出口存在較大的速度畸變，對(duì)離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)、散熱等功能的實(shí)現(xiàn)有較大的影響。
　　隨后針對(duì)離心風(fēng)機(jī)出口截面速度的不均勻性，本文在傳統(tǒng)的微小型離心風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，采用等邊基元法，設(shè)計(jì)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(jì)的蝸殼型線更符合蝸殼內(nèi)部流體流動(dòng)的真實(shí)軌跡，蝸殼內(nèi)流體加速增壓的過(guò)程隨半徑的變化而變化，在接近出口時(shí)進(jìn)入流動(dòng)摻混段，使本身速度方向和大小不均勻的流體進(jìn)行擠壓碰撞，傳遞能量，減弱各個(gè)流體團(tuán)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(jì)前后離心風(fēng)機(jī)出口的畸變程度，畸變方差由原來(lái)的6m2/s2下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，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(fēng)機(jī)內(nèi)部的復(fù)雜性，影響離心風(fēng)機(jī)性能的參數(shù)非常多，在工程上通常采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行分析。選出葉片數(shù)、葉型、斜切角度、扭轉(zhuǎn)角度四個(gè)參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，分別得出這個(gè)四個(gè)參數(shù)各自對(duì)微小型離心風(fēng)機(jī)流量