基于cfd的空调用轴流风机内部流场

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1、基于CFD的空调用轴流风机内部流场研究谷慧芳顾平道张曦(东华大学环境科学与工程学院)摘要：运用FLUENT软件对轴流风机内部三维粘性流场进行了数值模拟，通过改变起安装角、转速、进风量、以及叶片经想的扭曲程度等性能参数，得到了内部流动的一些规律，并进行了性能分析和预测，为风机的内部结构优化提供了依据和方向。关键词：轴流风机数值模拟性能TheResearchoftheInsideFlowFieldAxial-flowFaninAir-conditionBasedonCFDGuhuifangGupingdaoZhangxi(SchoolofEnvi

2、ronmentalScience&Engineering,DonghuaUniversity)Abstract:Numericalsimulationiscarriedoutonaxialfaninternal3-DviscousfluidusingFLUENTsoftware.Thoughtchangingtheperformanceparameterssuchasfixedangle,rotatespeed,flux,theradialtwistextentoffan,andsoon.Theperformanceofthefanispre

3、dictedandthebasiccharactersoftheflowfieldinsidetheaxialfanhasbeenshowed.Theresultsofferimportantfoundationanddirectionforinnerflowoptimization.Keywords:axialfannumericalsimulationperformance一、前言风机内部流场的流动状况直接决定了风机的性能，因此弄清风机内部流场对改进和开发高性能的风机产品有着非常重要的意义。由于传统的风机设计方法已不能满足高效、节能和静音

4、的要求，利用CFD进行模拟和优化逐步成为了解风机内部流动状况的重要手段。本文根据实际轴流风机的结构参数，在FLUENT前处理软件GAMBIT中完成建模和网格划分工作，并确定计算域和边界条件，采用SIMPLE算法和Realizable湍流模型，非耦合隐式求解器，求解三维时均雷诺N-S方程，计算出轴流风机的内部流场。通过改变风机的输入参数和结构参数，如：风量，叶轮转速，安装角，叶片扭角等进行流场计算，得到了风机效率同风机结构参数之间的关联，为轴流风机的内部结构优化设计提供了依据。二、数学模型的建立（1）数值计算方法采用了采用SIMPLE算法和Re

5、alizable湍流模型，非耦合隐式求解器，求解三维时均雷诺N-S方程，具体的理论方程不在赘述。（2）实体建模和网格划分对流体机械内部流场进行数值模拟的第一步是几何建模：实体建模和生成计算网格。作为三维实体模型，风机的叶型是通过多个截面的参数来定义，在建模过程中，本文采用了由点到线再到面再到体的建模方法。将每个截面的几何尺寸转换成三维坐标后，通过GAMBIT中的Turbo模块来生成风机实体。首先要编写一个后缀为tur的文件，定义叶片的一些关键参数：如旋转轴，轮毂和叶片顶端的边界，叶片顶端和外壳的间隙，叶片数目，截面数目，每一截面分为几段曲线围

6、成，曲线之间的连接方式以及各个截面的详细坐标等。图1所示为所编的tur文件。编写好tur文件后，将其导入到GAMBIT中，就可以得到叶片各截面的轮廓图，如图2所示。用GAMBIT工具中的Turbo命令组定义轮毂和机壳的入口，和各个截面的入口，就可以得到图3所示的各个截面同心圆的示意图。适当调整入口和出口的中心线位置，定义叶片的数目，就可以生成一个透平体单位，如图4所示。生成透平体图后，定义轮毂，机壳，入口，出口，压力面，吸力面等关键表面，定义叶片根部截面和顶端截面的网格间距，然后就可以生成透平体的网格。如图5所示。图1tur文件示例图2叶片各

7、截面轮廓图图3各个截面同心圆示意图图4生成的透平体图图5生成的网格图61500rpm，风量13m3/s时计算残差收敛曲线（2）计算模型的选取本风机模型包含旋转的动边界和静止不动的静边界，因此将计算区域划分成定子和转子两个子区域。本文中旋转叶轮和静止泵壳之间的耦合采用了MRF模型。生成约70万四面体非结构网格，经检查，网格倾斜度均在0.85以下，符合计算要求。（3）边界条件和相关设置边界条件是在求解区域的边界上所求变量或其一阶导数随地点及时间的变化规律。操作条件：设工作压力为一个大气压，即所求的压力值均为相对于大气压的表压力。气流进口：一般要求

8、给出流体在叶轮进口的速度，压力，密度或相应的相容条件，本文采用质量入流边界条件(Mass-FlowInlet)，作为整个流体区域气流的入口，入流参数随不同的工况变化