矿用对旋式轴流通风机气动噪声及三维流场数值模拟与分析①

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1、第２７卷第３期湖南科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．３２０１２年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｓｅｐｔ．２０１２矿用对旋式轴流通风机气动噪声及三维流场数值模拟与分析①１，２１１１刘德顺，金永平，岳文辉，文泽军（１．湖南科技大学先进矿山装备教育部工程中心，湖南湘潭４１１２０１；２．知识处理与网络化制造湖南省普通高等学校重点实验室，湖南湘潭４１１２０１）摘要：以矿用对旋式轴流通风机为研究对象，应用计算流体力学软件ＦＬＵＥＮ

2、Ｔ对通风机气动噪声及三维流场进行数值模拟与分析，研究矿用对旋式轴流通风机气动噪声产生机理及通风机内部三维流场的流动状况；在三维非定常流动条件下，采用大涡模拟湍流模型（ＬＥＳ）进行求解，选取二阶隐式时间推进法来提高计算精度，结果表明：受前后两级叶轮之间所形成的流道不均影响，在同一轴向截面上靠近叶轮壁面位置的噪声值小于叶轮流道中部位置的噪声值，而叶轮流道中部位置的噪声值又小于靠近轮毂壁面位置的噪声值．离通风机气动噪声源（前后两级叶轮）越近，受到的气流压力脉动的影响就越大，则该区域气流的振动也越大，其对应的噪声值就越高；反之，越远离噪声源的

3、区域受到的气流压力脉动的影响就越小，使得该区域的气流的振动越小，其对应的噪声值越低．同时，高压旋转的气流在扩散器区域的分布不再均匀，靠近叶轮壁面及轮毂的动压较低，而通风机流道中部附近的动压较高．研究结果对矿用对旋式轴流通风机的优化设计具有一定的指导意义．关键词：矿用对旋式通风机；气动噪声；三维流场；数值模拟中图分类号：ＴＤ４４１．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９１０２（２０１２）０３－００２２－０６轴流通风机由于其流量大、效率高等特点，在矿风机气动噪声及内部流场模拟方面得广泛的应用．采山、隧道等领域中应用十分广泛．矿用对旋式轴流

4、通用数值模拟技术不仅可准确预测通风机的气动噪声风机中由于两级叶轮流道间存在互相匹配及气流脉及整机性能，描述其气动噪声产生机理、分布情况及动等问题，其内部流动是极其复杂的三维流场，而通通风机内部三维流场的流动状况，同时根据数值模拟风机内部流场的流动状况对通风机的气动性能又有结果可发现通风机设计中存在的不足，并可通过采取着直接的影响；对于通风机噪声而言，气动噪声是最相应措施加以改进，从而提高通风机气动性能．主要的噪声源，它主要是由旋转叶轮叶片与气流流以矿用对旋式轴流通风机扩散器为研究对象，［１－６］场之间的相互作用所产生．深入研究矿用对旋

5、应用计算流体力学（ＣＦＤ）软件ＦＬＵＥＮＴ对其进行气式轴流通风机内部气动噪声及三维流场的流动状况动噪声及三维流场数值模拟与分析，研究矿用对旋对保持其高效、低噪、安全运行和开发出高性能的矿式轴流通风机气动噪声产生机理及其噪声的分布情用对旋式轴流通风机至关重要．况，同时进一步探讨在非定常条件下，通风机内部三随着计算机技术的快速发展，数值模拟技术在通维流场流动特征，分析其气动性能，为矿用对旋式轴收稿日期：２０１２－０５－０２①基金项目：国家自然科学基金资助（５１０７５１４３）；国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助（５１０７４０７３）；

6、湖南省产学研结合技术创新工程计划项目（２０１０ＸＫ６０６６）；湖南省自然科学省市联合基金重点项目（１１ＪＪ８００５）通信作者：刘德顺（１９６２－），男，湖南湘潭人，博士，教授，博士研究生导师，主要从事多学科稳健设计、不确定分析、机械系统动力学等方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｅｓｈｕｎｌｉｕ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ２２流通风机的降噪、结构与气动性能的优化设计提供的物理模型采用某煤矿矿用对旋式轴流通风机主扇理论指导．作为物理模型，该通风机的设计参数如表１所示．运用三维ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立矿用对旋式轴流通风机１通风机结构参数与数值模拟

7、方法叶轮的三维模型（如图１所示），在第一级叶轮前端１．１物理模型加上集流器和流线罩，在第二级叶轮后端加上扩散为研究矿用对旋式轴流通风机的气动噪声及通器以形成一个完整的通风机三维几何模型（如图２风机内部三维流场流动特征，同时也便于分析，研究所示）．表１通风机参数Ｔａｂ．１Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｍｉｎｅｃｏｎｔｒａ－ｒｏｔａｔｉｎｇａｘｉａｌｆａｎ流量转速叶轮直径第一级叶轮叶片第二级叶轮叶片第一级叶轮第二级叶轮轮毂比３／（ｒ／ｍｉｎ）／ｍｍ安装角β／（ｏ）安装角β／（ｏ）叶片数叶片数／（ｍ／ｓ）１２３２．１４３９８０１５０００．

8、６３７．７５２８．２７１６１３将通风机三维几何模型导入到ＣＦＤ前处理软１．２数值模拟方法与边界条件件Ｇａｍｂｉｔ中，应用非结构四面体网格ＴＧｒｉｄ对通风应用计算流体力学（ＣＦＤ）软件ＦＬＵＥＮＴ对其进机三维几何模型进行网