贯流风机结构参数及工作特性的关联

　　上海父通大学学报贯流风机结构参数及工作特性的关联胡俊伟。涵良。赵力，张春路上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海200030动状态和结构参数变化对其产生的影响。分析了蜗舌间隙进口角蜗壳间隙蜗舌位置角出口角化与贝，风机进出口流速间的关系，从中寻找出结构参数变化对贯流风机流场影响的规律通过计算分析，确定了不同工况下贯流风机进出口角的佳范围以及佳蜗舌间隙的选取方法。将模拟计算结果与实验结果进疔了比较。结果明，数值模拟的结果与实验结果基本吻合。

　　贯流风机因其特殊的结构和性能特点逐渐为人们所重视。其内部流动的大特点是，流体沿径向流入后再沿径向流出，两次流经风机叶轮。贯流风机尺寸小结构紧凑，整个风机只有3部分，即蜗舌隔板转子。产生的气流具有流量大横向均匀的特点，不管叶轮的直径大小如何，均可以根据对风量的要求自由选择叶轮长度，因而被广泛应用于制冷空调化工机械等各种能量利用系统中。但由于这种风机内部流动复杂，目前国内外对它进行的大部分还是实验研究。

　　31等1利用激光多作勒测违技水付几不同转子尺寸的贯流风机流场进行了测试，分析了转卞尺寸和雷诺数对风机工作性能的影响。迅1.0等3粒广轨迹追踪测违技术付贯流风机流场进基金项目国家重点基础规划973资助项目2000026309行了测试，分析了流动系数0对风机内部速度场以及偏心旋涡的影响。

　　刘师多等4以以流风机的壳体为研究对象。在试验基础上建立了风机吸气能力数学模型，优化确定了壳体佳结构参数，分析了蜗舌参数对风机吸气能力的影响规律。杨波等5也采用实验方法，测量分析在+同叶轮径时，贯流风机内部流场的腽化驰过付几组实骑数掘的比较，对贯流风机特以上研宄都是基于实验基础上的，并且有的也只是分析了个别参数对风机性能的影响，没有对风机结构参数的影响进行比较全面的研宄。另外，国内外利用数值模拟的方法对贯流风机流场进厅分析汁算的研允很少，陈次厂提出1种直接边界元和离散旋涡法相结合的数值解析方法，并对贯流风机的内部流动进行了分析计算。但是，他并没有分析结构参数变化对贯流风机内部流场的影响。因此，为了更全面地掌握和了解贯流风机的工作特性，寻求接近实际的流动模型和设计方法，有必要利用计算流体动力学。，方法对贯流风机流动状态和结构参数景如向进行研究。

　　场进行了数值模拟，研究了贯流风机的流动状态和结构参数变化对风机性能的影响，分析了蜗舌间胝进口角蜗壳间胧出口角变化与贯流风机进出口流违的关系，从中心1找出结构参数变化对贯流风机内部气体流动影响的规作。

　　1贯流风机结构特点贯流风机设计中，关键是确定流道边界的优形状包括蜗舌蜗壳形状等，以使风机内部气体流动合理。达到高效低噪的要求。因此风机内部流场的计算具有很大意义。叫厂数值模拟的贯流风机结叶片数24；其余参数蜗舌间隙进口角01蜗壳间隙8出口角01蜗舌位置角1均为可调量，叶轮转速1000.1为贯流风机的几何结构。

　　2流动控制方程和紊流模型以流风机叶轮内部的流动实际上足维粘性紊流流动，叶轮的旋转和面的曲率效应所产生的0，力和离心力使叶轮内部的流动极其复杂。

　　此外，贯流风机叶轮有限叶片数的影响及叶片的空次流。因此，针对贯流风机的特点，采用基于雷诺平均的旧方程和标准的左4紊流模型，对贯流风机叶轮内部的维紊流流动迸行1分析。

　　将3方程进行雷诺平均，再将其中的雷诺应力项计入紊流模型，从而建立组紊流平均量的封刚方程稂，作为叶轮内部流场，尸1分析的基本方程组，用笛卡儿张量形式为cWJ，方向流体的速度时均值；万为压力的时均值；1为密度为质量源项为动量源项为应力张量项，为分子动力粘度，= 7；否则为零。

　　上海交通大学学报士明3流场计算及结果分析数值分析采用雷诺平均的方程作为控制方程，揣流模型为莫型。近壁处流动采用壁面函数法处现。力与速度耦合方程采用训1兑法求解。由于贯流风机转速较低，因此计算按不可压流动处理。为了模拟叶片的运动，采用3丁人队0中多重旋转坐标方法进行处理，给定转速为1计算时进口和出口适当延长，且均设为压力边界，并给定大气条件为压力边界值，采用无旋假设，揣流动能按均私流动能的计算，耗散中。

　　525，时对风扇流场产生影响的模拟结果。由可，叶轮内侧始终存在个能控制整个气流流动的偏心涡流，该涡流的旋向与叶轮的转向致。由于这种内涡流的存在，使己经排出的空气又倒流回叶轮内部，这种回流造成了很大的能量损失。横流风机的效率就取决于这种回流流量在总流量中所占的比例。所以控制这种偏心汹的大小和位置对改善贯流风机的流场有很大作用。

　　同，从中发现，8较人，偏心涡的中心位聊靠近叶轮的中部，而8减小，涡心的位置外移。并向蜗舌和出风口靠近。由于涡心向边部偏移，气流的回流减少；反之，则回流增加。这说明蜗舌间隙的大小可以控制气流的流动。减小该间隙可使回流减小，提高风机的效率。

　　界条件及速度无滑移条件。网格为六面体网格，网格数为12万个，2为计算网格不包括进出口延氏部分。

　　响的模拟结果，横坐标为出口处7方向坐标。由4可。随着的减小出1流违曲线整体足上升的，艮咄口处各点流速均有所提高，由此可知减小，出口流速增加。

　　3.1CFD模型的验证与分析为了验证所使用的模型的正确性与合理性，先就蜗舌间隙对贯流风机流场产生的影响进行7模拟。赵京华等7曾用实验方法对相同条件下贯流风机内蜗舌间隙的影响进行了测量，流场参数是通过孔探针引出压力倍号，山微压计显读数来果7的比较曲线。从中可以看出，计算结果与实验得结果基木致，均反映出口肀均流速舰咸小而±，大这特点。这主要是因为，减小，偏心涡外移，从而使气流的回流减少，提高了出口流量。

　　1速增加。71横坐标为出口处；方向坐标值，1该阁可，随将的增加，出口流速曲线整体轻微下降即出口处各点流速均有所降低胃⑴此，知，减小诎口流速也有所增加另外潘幻与461比较可看出，71中曲线变化较小，即对贯流风机出口流速的影响比1的影响要小。

　　出口3.2进口角心对风机流场的影响讨不同进口角的风机流场进厅广模拟。6为进口和出口流速随进口角01变化的模拟结果，63横坐标为进口处尤方向坐标，6化横坐标为出口处方向坐标。由可减小增加，速度分布较均匀。但随着01减小，进风面积也随之减小，从而导致出口速度降低。

　　⑶进口0对风扇进出口流速的影响3.3蜗壳间隙对风扇流场的影响对贯流风机的流场也会产生定的影响。

　　7为不同对风机迸1和出口流速影响的桢拟曲线。74横坐标为进口处1方向坐标，由7可，随着8的，加，进口流速曲线整体下降，即进3.4出口角0对风机流场的影响92值不宜过小，因为92减小，蜗舌增大，导致蜗舌处噪声，大；同样92也不宜过大，因为92增大，出面积，大，导致出1流速降低。文献81中曾对=240，2=200嫩叶片数26的贯流风机进行了测试，提出92取，130风机性能较好，在此基础上本文对大于13，的心进行了数值模拟。在02变化的同时，对蜗舌位置角讯也作了相应变化。

　　所上升，即随着92和的增大，风机进口流速增大。

　　以上结果分析明，当92取130140时，贯流风机的进出口流速都有所增加，即贯流风机的性能还是比较好的。因此笔者认为在适当增加后，适⑶进口4结论木文利用方法对贯流风机内部气体流动进行计算模拟，从而对贯流风机的性能进行了分析通过分析比较蜗舌间隙变化对流场产生影响的模拟结果与实验结果，得到了蜗舌间隙影响流场的规律，即随着8的减小，出口流速，加，这是因为蜗舌间隙减小，偏心涡外移，从而使气流的回流减少，提高了出口流量。同时，通过模拟其它壳体参数进口角蜗壳间隙出口角和蜗舌位置角变化对贯流风机进出口流速的影响，预测了进口角蜗壳间隙出口角和蜗舌位置角的变化对贯流风机的工作性能产生影响的规律随着进口角0减小，进口流速，加，速度分布较均匀，但同时随着进口角减小进风面积也随之减小。从而导致出口速度降低；随着蜗壳间隙1的减小，进口流速和出口流速均有所增加，但分析明，蜗壳间隙的影响与进口角蜗舌间隙产生的影响相比要弱些行的模拟和分析可知，在适当增加蜗舌位置角后，适宜的出口角范拓宽至140，而对于出1角大于140的情况还有待于进步研宄。

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