多翼风机新型斜蜗壳和常规直蜗壳的对比研究

　　目多翼离心风机因压力系数高，噪音低而被广泛应用在分体落地式空调器、窗式空调器、除湿机和风机盘管等各种低压通风换气的场合。随着人们生活品质的提高和国家对家用电器噪音标准的强制实施，对多翼离心风机的低噪音也提出了更加苛刻的要求。如何能够在整机体积和蜗壳尺寸不变的情况下，设计出噪音低和气动性能更优良的蜗壳是研发人员追求的目标。多翼离心风机蜗壳内部流动现象非常复杂。由于流动的非对称性，蜗壳内部的流场属于全粘性的三维流场，凭借现有的）；同时蜗舌出口圆弧半径沿轴向从75mm缩小到30mm.新型斜蜗壳配置图蜗壳表面网格分布网格生成与计算方法本文选用的计算域如所示，网格生成采用有限体积法。为控制网格质量，将复杂的计算域分割成若干形状规则的几何体，每个几何体单独生成合适的网格接点，相临几何体共用同一个面，享用相同的网格节点，每个计算例的网格总数约160万。为斜蜗壳表面的网格分布图。

　　计算采用三维雷诺平均守恒型Navier-Stokes方程和K -e标准两方程模型湍流模型；壁面附近应用标准壁面函数。计算方法应用SEGREGATED隐式方法，湍流动能、湍流耗散项、动量方程都采用二阶迎风格式离散；压力-速度耦合采用SIMPLE算法。进出口选用压力边界条件，根据多翼离心风机的实际运行情况给定进口总压和出口静压边界。叶轮选用旋转坐标，给定旋转壁面边界条件，计算叶轮转速为500r/min.蜗壳选用静止坐标，给定标准壁面边界条件。当各速度误差和fc、e误差都小于10一5且蜗壳进出口边界的流量误差也小于1（T5时，本文认为计算已经收敛。

　　4计算结果分析为多翼离心风机采用常规直蜗壳与新型斜蜗壳时，风机近底盘截面的速度矢量分布。从（a）中可以清楚地看出，采用常规直蜗壳时，风机底盘附近的蜗舌间隙内存在着明显的旋涡，该旋涡的存在消耗了风机的作功，加了风机的噪音。而采用新设计斜蜗壳后，底盘附近蜗舌间隙内的旋涡消失，出口气流顺畅，如（b）所示。

　　常规直蜗壳和新型斜蜗壳近底盘截面速度矢量图为采用常规直蜗壳与新型斜蜗壳时，近底盘截面的全压云图。从图中可知，采用斜蜗壳时，多翼离心风机蜗壳内部的高出口压力值降低，风机内部的压力分布更加均，气流更加稳定。

　　为详细了解新型斜蜗壳对风机间隙内部流动的作用机理，本文考察了常规直蜗壳间隙内旋涡涡核作用位置（中A点所示）处的速度、压力沿叶高的分布情况。为蜗舌间隙内（中A点所示位置）速度和切向速度从进口到底盘沿叶高的分布曲线。图中R为叶轮出口圆周速度，为叶轮高度；Z/Z为从叶轮进口到底盘的无因次轴向距离。图中可看出，采用常规直蜗壳时，由于间隙旋涡的存在，靠近底盘20轴向区域中（无因次轴向位置0.81.0）的气流切向速度显著降低（（b）），产生能量损失，同时导致该区域内气流的速度值也明显减少（（a））。而采用新型斜蜗舌时，由于间隙旋涡消失，从叶轮轴向中部到底盘的气流切压压压压静全静全壳壳壳壳蜗蜗蜗蜗斜斜直直-斜蜗壳直蜗壳向速度和速度都很平稳，跟常规直蜗壳相比，近底盘区域气流速度明显提高。

　　（b）切向速度系数蜗舌间隙内速度和切向速度系数沿叶篼分布图给出了蜗舌间隙内压力系数沿叶篼的分布曲线，图中显示出采用斜蜗壳后，能显著改善近底盘区域蜗舌间隙内气流流动，提高气流压力。

　　6的气流速度和压力沿叶高的分布特性都显示出采用常规直蜗壳时，在风机近底盘位置的蜗舌间隙内存在着旋涡，蜗舌间隙旋涡的存在导致了近底盘区域中的气流压力和速度显著降低，而采用斜蜗壳可以改善底盘位置的流动，与中给出的速度矢量图基本吻合。

　　5.从图中可知，采用斜蜗壳后，由于改善了蜗舌间隙内近底盘截面的流动，多翼风机的整机压力有所提高。

　　采用丹麦BK公司的356噪音测试系统按照GB7725-2000标准测试了多翼风机分别配置常规直蜗壳和新型斜蜗壳时的噪音特性，如所示。从图中可以看出，在相同流量时，采用新型斜蜗壳可以使多翼风机的噪音降低23分贝。

　　当多翼风机工作在设计点附近时，在离开多翼风机一定距离处测得的噪声，主要是从旋转叶片脱落的涡造成的紊流噪声。紊流噪声的重要机理是由于叶片的涡流脱落和蜗舌间隙涡流的相互作用。在配置新型斜蜗壳后，改善了多翼风机近底盘区域的流动，消除了蜗舌间隙内的旋涡；一方面，采用新型斜蜗壳后，在叶高方向上，风轮和蜗舌之间的间隙大小是变化的，这样由于空间距离不同而导致旋转叶片出口的气流和静止壳体之间干涉不同，产生不同的噪音频谱。他们相互作用的影响有一相对于时间和频率的相位差而降低噪声。另一方面，由于斜蜗壳的蜗舌小间隙位置在圆周方向上是变化的，这样离开叶轮的气流在不同点上，以不同时间间隔与三维斜蜗舌相遇，气流脉动力的作用在时间上基本上是错开的，同一叶片以不同的时间间隔通过叶轮与蜗舌的小间隙位置，导致离散频率噪声减少，从而有效地降低了风机的气动噪音，避免了相同频率噪音由于谐振作用而带来的啸叫声等，改善了多翼风机的音质。

　　流量压力特性曲线流量噪音特性曲线6结论本文应用三维雷诺平均守恒型Navier-Stokes方程和fc-e两方程湍流模型对多翼离心风机分别采用斜蜗壳和直蜗壳的内流场进行了三维数值分析，同时对两者的气动特性和噪音特性进行了实验研究。

　　研究结果表明，采用斜蜗壳可以显著改善多翼风机轮盘位置近蜗舌区域的流动，消除蜗舌附近的出口旋涡，提高风机的压力，并能有效降低风机的气动噪音和改善音质。