基于optimus的通风机进风口集成优化计算

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1、基于OPTIMUS的通风机进风口集成优化计算赵立峰王东屏/大连交通大学摘要：利用三维数值模拟的方法，对离心式通风机进风口流场进行了计算分析，运用多学科优化平台软件OPTIMUS,集成流体计算软件对通风机进风口进行了优化计算。结果表明，通风机的进风口形状对其性能冇明显影响，在改动较小的情况下，可以显著提高通风机性能。关键词：离心式通风机进风口集成优化中图分类号：TH432文献标识码：B文章编号：1006-8155(2006)01-0029-03IntegratedandoptimumCalculati

2、onforInletofFanBasedonOPTIMUSFlatAbstract：Inletflowfieldofcentrifugalfaniscalculatedandanalyzedusing3Dnumericalsimulation,andoptimizationdesignofinletiscompletedwithOPTIMUSflat.Theresultshowstheshapeofinletaffectsitsperformanceremarkably,andfanperforma

3、ncecanbeimprovedremarkablybyslightchange.Keywords：CentrifugalFanInletOptimization1引言离心式通风机的空气动力特性除了取决于叶轮内部的结构z外，还与通风机的进风口形状密切相关，进风口又称为集风器，其形状对风机的性能有很大的影响。传统上，多是依据经验公式设计其尺寸，対设计者的经验要求很高，设计效果不理想，不能满足FI益提高的节能和坏保要求。现在，在国外使用多学科优化软件平台，集成计算流体力学的软件进行数值模拟，已经成为设计

4、流体机械的先进手段。本文采用FLUENT6.1计算通风机流场，但是FLUENT软件本身并不具有优化功能，为了达到优化风机进口形状的目的，可借助集成优化平台OPTIMUS5.0。OPTIMUS5.0是多学科多目标优化软件，具有强大的集成优化能力，町以集成多种CAE/CAD软件。本文用其集成GAMBIT2」和FLUENT6.1,对北京某厂的离心式通风机的进风口优化设计，以达到提高其性能的口的。2计算模型2.1模型的建立和网格生成现以北京某厂的离心通风机为研究对彖，该风机的叶轮半径224mm,32个叶片，

5、在CAD软件中建立几何模型，然后输入到FLUENT的前处理软件GAMBIT中，其整休模型如图1所示。图1通风机模型由于儿何模型复杂，网格划分采用三维非结构化网格。相对于结构化网格，非结构化网格的适应能力强，局部加密也比较容易，网格质量直接影响结果的收敛性。在梯度大的地方，网格必须保证足够细密。同时，为了减少网格总数，加快计算，还应减少小网格的数量，对通风机不同区域分割时，叶轮部分的网格较小，蜗壳的部分较大。由于叶片数冃较多，所以网格总数己有40多万个。2.2模型定义在FLUENT中，离心通风机一类的

6、旋转设备问题可以通过旋转参考坐标系来处理，因此要把模型分成定子和转子两类区域。旋转叶轮区域和蜗壳区域的相互作用，通过多参考坐标系模型(MulitiplcReferenceFrame,简称MRF)来解决。在MRF方法中，转子区域的网格在计算时应保持静止，在惯性坐标系中是以作用的哥氏力和离心力來进行定常计算，而定子区域则是在惯性坐标系中进行定常计算。在两个区域的交界面处交换惯性坐标系下的流体参数，保证了交界血的连续性，也达到了用定常计算来研究非定常问题的Id的。流动进口：定义为压力进口边界，它适合于可压

7、缩流体，也可以用于不可压缩流体。定义总压为0。由于是亚声速，静压可忽略。流动出口：定义为压力出口边界，定义出口压力相对于大气压力为0,即没冇附加的压力作用。湍流模型采用K-E双方程模型。叶片、蜗壳、进风口均取歴面边界条件。离心通风机的迹口气流为轴向，出口为径向，气流为稳定流，由于气流流动的最人马赫数小于0.3,町按不町压缩流体处理。叶轮和蜗壳、其他界面上均采用了无滑移壁面条件及标准壁面函数。2.3计算结果及分析该模型在工作站级计算机上，迭代500次，并行计算大约lh就基本收敛了，若继续计算，结果也不

8、会冇多大差別。计算得到的出口流量为5.515kg/s,!ll口总压为2588.54Pa,与试验风机的试验数据基本吻合。进风口为圆锥形，空气进入叶轮前，必须市进风管的轴向转一个90°的角，气流才会产牛分离，这种分离间接影响了叶轮的功能山。如图2所示，气流通过进风口后，气流冲向叶轮后部，发生不应冇的冲击，而R叶伦前部发生回流，会出现很大的涡区，能量损火很大。可以预见，通过改变进风口的形状，可改变气流进入叶轮的流动，减小涡区，还可提高叶轮前部的利用效率及通风机的效率。图2优