径向弯平板叶片离心风机性能的数值研究

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1、径向弯平板叶片离心风机性能的数值研究　　【摘要】离心风机是工业生产中提供气体动力的重要工艺设备，在国民经济和日常生活中占有重要的地位。离心风机叶片对叶轮内的实际流动情况起主要作用，合理优化叶片型线和叶片型式可有效提升风机与其他流体机械综合性能。本文使用处理软件GAMBIT建立物理模型和划分网格，在FLUENT软件中对实验工况下G4-73型离心式通风机的内部流场进行数值模拟，研究径向弯曲叶片（径向弯曲曲线控制函数为二次BEZIER函数）正弯及反弯叶片对离心风机性能的影响。由模拟结果可知，正弯叶片最大效率比反弯叶片最大效率高0.4%。通过分析其内部流场发现：当风机入口流量减小到某一程度

2、后，风机内部的流动状态会发生突然改变，出现旋转失速现象；另外，从整体来看，蜗壳结构，特别是蜗舌及其邻近的蜗壳流道对小流量时的空气流动影响显著。　　【关键词】离心风机；数值模拟；径向弯曲；性能影响　　中图分类号：TH432文献标志码：A文章编号：1673-8500（2013）11-0126-01　　一、离心风机结构及工作原理　　离心式风机的主要部件有：叶轮、机壳、导流器、进风箱以及扩散器等，其中，机壳通常由蜗壳、进出风口和蜗舌组成。5　　离心风机的主要工作部件是叶轮。当原动机带动叶轮旋转时，叶轮中的叶片迫使流体旋转，即叶片对流体沿它的运动方向做功，从而使流体的压强势能和动能增加；流体

3、在惯性力的作用下，从中心向叶轮边缘流去并以很高的速度流出叶轮进入压出室，再经扩散管排出，这个过程称为压气过程。同时，由于叶轮中心的流体流向边缘，在叶轮中心形成低压区，当它具有足够的真空时，在吸入端压强的作用下（一般是大气压），流体经吸入室进入叶轮，整个过程称为吸气过程。由于叶轮连续的旋转，流体也就连续地吸入排出，形成离心式风机的连续工作。　　二、离心风机数值模拟研究　　1.风机模型网格划分　　模型网格划分，进口管网格数为25720，集流器网格数为19524，蜗壳网格数为126381，出口管1的网格数为19387，出口管2的网格数为7260，e=0.02叶片对应叶轮的网格数为7880

4、20，e=-0.02叶片对应叶轮的网格数为813387个。整机网格数为986292（叶片对应风机模型），1011659（e=-0.02叶片对应风机模型）。　　2.边界条件设置　　网格划分完成后，接着对模型的边界条件进行确定。风机进口采用VELOCITY_INLET（速度入口）边界条件，风机出口采用PRESSURE_OUT（压力出口）边界条件，将进口管与集流器接触面、风机蜗壳出口与出口管1接触面及出口管1与出口管2接触面定义为INTERIOR条件，集流器、叶轮、蜗壳和间隙等各流体区域结合处的公共面采用INTERFACE条件，将叶片的压力面和吸力面以及叶轮前盘、后盘和转轴的内外表面一起

5、定义为旋转固体壁面。叶轮的边界条件。　　淡黄色为INTERFACE边界条件，白色为WALL边界条件。5　　区域类型统一全部设置为FLUID（流体）类型。　　以上条件全部设置完成后，导出网格文件。　　3.FLUENT模拟计算　　启动FLUENT的3D版本，对模型中指定的INTERFACE面进行设置，本模型一共设置了10个INTERFACE面，共五组，在FLUENT中对其进行设置。保持默认的求解器设置。　　出口为压力出口，设置出口静压为100Pa，叶轮选用旋转坐标，旋转壁面边界条件为r/min，蜗壳选用静止坐标，给定标准壁面边界条件，旋转叶轮和静止蜗壳之间的耦合采用MRF模型。设置计算

6、残差值为1e-4，将残差，出口流量，转矩设置为监视值。初始化整个流场。设置迭代次数后启动计算，迭代过程中残差值在逐渐减小，达到所给的残差要求，判定结果收敛后，计算停止。　　三、计算结果及分析　　通过模拟，得到了G4-73型离心式风机e=0.02正弯反弯叶片各8组实验工况点参数共十六组数据，读出每个工况点的全压p，流量qv，以及转矩T，根据式可以得出每个工况点的效率，进而得到风机的特性曲线。　　η=■　　式中：n――风机转速，这里取1450r/min。5　　由风机效率曲线可知，正弯叶片最大效率比反弯叶片最大效率大0.4%，两种叶片对应曲线趋势与原风机效率特性曲线大致相同。在小流量工况

7、，反弯叶片对应风机效率略大于正弯叶片对应风机效率，随着流量的增大，正弯叶片效率增长速度大于反弯叶片效率增长速度，在流量大约5.5m3/s时，两者效率差达到最大，为1.73%。随后随着流量增加，两者之间效率差逐渐减小，到流量为6.31m3/s时，两者效率都达到最大，此时正弯叶片效率比反弯叶片效率大0.4%。在大流量工况时，两者效率相差不大，而且大流量工况时随着流量增加效率略有降低，但降低幅度不大。　　四、结论　　本文利用GAMBIT对离心风机进行3D建模并划分网格，e=