多翼离心风机叶轮的结构优化分析

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1、浙江工业大学硕士学位论文道扩张角过大，引起边界层分离。许晔等通过用流线曲率法计算叶轮回转面的理想流场，并采用零载荷“库塔"条件对叶轮出口的流场进行修正，并基于B．ECK公式，考虑了流量、全压等气动参数对滑移系数的影响，提出了以比转数为修正因子的新估算公式【111。叶片后缘被叶轮外径自然切除而形成的翼型比具有尖状后缘形状的翼型有助于在叶轮的气流主要流出区获得更高的气流速度，其翼型表面也更加符合气流的流线型设计，因此可以获得更大的风量和全压。文献【12】指出增加叶轮宽度虽然会使风机全压略有下降，却使比噪声有较大的改善：当增大外径时，全压明显增加，但比噪声增大很多。1．2．3蜗壳对风机流动特性影响

2、蜗壳是离心式叶轮机械中的一个重要部件，它起着导流与扩压的作用，其性能对整个离心式通风机的效率有明显的影响。受叶轮出口气流分布不均以及蜗壳流道不对称的影响，蜗壳入口气流沿轴向及周向分布不均。这种不均匀性会直接反作用于叶轮出口，使各流道中的流体产生周期性地堵塞，从而使其具有一定周期性地加速与减速运动。这种叶道中流体的周期性变速运动在流体流入叶道时会使流动角与攻角发生周期性的变化，进而降低了风机的效率，缩减了风机工作的工况范围。而且蜗壳两侧蜗板附近存在二次流旋涡，其范围随周向角度不同而改变，在风机出口处基本消失，蜗壳与叶轮之间的轴向间隙直接影响着这个涡的大小。设计蜗壳时必须充分考虑蜗壳宽度对流场的

3、影响，合理确定蜗壳宽度值[13,141；蜗壳内周向速度沿径向基本按等环量规律分布。蜗舌部位的气流分岔流动较强，湍流度较大。蜗壳内部流动性能的研究对提高多翼离心风机的效率、优化其性能设计有着重要意义。目前已有不少学者对蜗壳内流场进行了数值研究【15-17】：如曹树良等人运用SIMPLE算法对一水轮机蜗壳流场进行了数值研究；吴克启等人数值模拟了离心风机的蜗壳内旋涡结构等，但这些计算未计及蜗壳进口周向流动的非均匀性。FSHi，FaHuaGu等人运用商用CFD软件对蜗壳和叶轮进行整体三维非定常粘性流场计算【18】，因其计算量是非常巨大的，固很难将这种蜗壳与叶轮整体计算的方法在工程上推广使用。QiDT

4、等提出了二维逆向设计的蜗壳设计方法，促进了叶轮出口速度的均匀化，可以很好地提高风机性能【I91。蜗壳宽度、扩散角和中心角的对风机都有着复杂的影响。宽度过小，气流流速过大，摩擦损失增加，宽度过大，则扩压损失增加；扩散角过小时，边界层分离现象严重，而且气流与管壁相碰撞引起撞击损失，过大又会引起涡流损失并产生涡流噪声；中心角较小时，蜗舌与气流撞击，周围流动恶化；过大时部分气体未经扩压直接排出，能量损失增大。刘素勤等以能量损失最小为蜗壳宽度的确定原则，定量地给出了蜗壳宽度、扩散角及中心角4浙江工业大学硕士学位论文的计算公式【20，211。YAMAKAZI等的研究表明轴向适当地倾斜蜗壳，在大流量条件下

5、可以提高效率。．蜗舌是整个蜗壳设计中的重点，蜗舌的形状是影响风机噪声的重要因素，对其的研究主要在蜗舌的圆弧半径和蜗舌包角以及蜗舌间隙的确赳221。引起蜗舌噪声的主要原因是离心叶轮的排出气流与蜗舌相互作用所致【23】。经过大量实践和理论分析已提出了许多降低蜗舌噪声的方法，如：合理地设计蜗舌半径和蜗舌与叶轮的距离【24】；采用倾斜蜗舌降低噪声【25】；采用蜗舌消声器降低噪声。如1／4波长共振器，helmholtz消声器，微穿孔板消声器，宽频蜗舌消声器等[261。李栋，顾建明提出了阶梯蜗舌的概念如图1—3t271，对降低噪音，提高风机效率有着显著的效果。图1．3阶梯蜗舌与单蜗舌1．2．4电机对风机

6、流动特性影响为了节省空间，吸油烟机、柜式空调等一般采用内藏电动机的形式。内藏电动机形状对风机性能和噪声存在一定的影响。内藏电动机长度、外径、头部倾角设计不当会引起叶轮内部流动损失增大、噪声增大、风机性能降低。对于某一外径电动机，电动机轴向长度越长，对气流的排挤率越大，叶轮进口处的流道变窄，流入气流的轴向速度增大，从而前盘处脱流区域变大，叶轮内部损失增加；风机最高效率点随内藏电动机排挤率增大而减小，风机最高效率点越低，噪声越大，全压系数也有所减小，最高效率点流量有往小流量方向偏移的趋势；风机叶轮内部无电动机时各项参数最。不同外径电动机，其电动机排挤率相同时，风机最高效率点和最高效率点流量下的比

7、噪声值基本相同。内藏电动机头部倾角较小时，对气流进入叶轮起导流作用，头部倾角较大时，电动机头部下游产生脱流，加大损失【51。5浙江工业大学硕士学位论文气流分布不均匀，蜗舌附近的旋涡，边界层的分离，风机前后盘的二次涡区域是影响风机性能的主要因素。在多翼离心风机内流场的研究过程中，各国学者主要采用试验测试手段，实验测量方法所得到的实验结果真实可信，但实验往往受到较大的限制，此外，实验还会遇到经费、人力和物力的巨大