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时间:2019-08-05
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1、空调用多翼离心通风机几何建模的参数化摘要:根据几何关系,建立了空调用多翼离心通风机的三维数学模型,实现了空调用多翼离心通风机几何建模的参数化。本研究成果极大地缩短了空调用多翼离心通风机CFD分析的前处理时间。关键词:多翼离心式通风机;几何建模;参数化ParameterizedGeometryModelofMulti-bladeCentrifugalFanUsedbyAirConditioningAbstract:Accordingtotherelationofgeometry,the3-Dmath
2、ematicalmodelofmulti-bladecentrifugalfanusedbyairconditioningisobtainedandtheparameterizedgeometrymodelofmulti-bladecentrifugalfanusedbyairconditioningisrealized.TheresultsreduceextremelytheCFDpreprocessortimeofmulti-bladecentrifugalfanusedbyaircondit
3、ioning.Keywords:multi-bladecentrifugalfan;geometrymodel;parameterize0引言多翼离心通风机因其压力系数高,流量系数大,结构尺寸小,噪声低而广泛应用于家用电器和空调设备等低压通风换气的场合。空调用多翼离心通风机具有叶片数多、叶片曲率大、流道短等特点,目前的设计方法还不太完善,有关叶轮参数的确定仍依靠经验公式。因此,为了确保所设计的多翼离心通风机性能稳定,通常需要进行大量试验,这将使得产品的研发周期长,费用高[1]。研究表明:在多翼离心
4、通风机设计过程中进行计算流体动力学分析(CFD),不仅可以使设计人员获得产品的内部流动情况,而且还可以使设计人员在设计过程中预测产品的整体性能,及时调整设计方案[2]。然而,目前在采用通用的计算流体动力学软件(如FLUENT)进行多翼离心通风机性能分析时,若叶轮几何参数稍有变化,或者叶片数目有所调整,或者蜗壳型线有所变化,或者电机型号更改,都必须重新对它进行几何建模和网格划分等前处理工作,这将花费大量的时间和精力。因此,针对空调用多翼离心通风机的特点,建立风机各个部件的数学模型,实现整机几何建模的
5、参数化,这对于缩短CFD分析前处理时间具有重要的现实意义。1几何建模空调用多翼离心通风机通常由叶轮、蜗壳、集流器、电机四大部件构成,每个部件都具有各自的结构特点,且对整机性能产生影响。若要实现整机几何建模的参数化,首先必须建立各个部件的数学模型。1.1叶轮建模多翼离心通风机的叶片翼型通常都基于某种原始翼型,设计时可根据需要进行选择。对于叶片翼型的这种可选择性,可以采用数据库的方式来实现。叶片造型的主要参数为(1)叶轮外径D2;(2)轮径比x;(3)进口安装角b1A;(4)出口安装角b2A;(5)叶
6、片数z;(6)叶片长度L。另外,多翼离心通风机翼型中线的形状一般采用两种形式构成,即圆弧形和抛物线形。其中,圆弧形又包括单圆弧和双圆弧,或者它们与直线的组合。具体为单圆弧、单圆弧+直线、双圆弧、双圆弧+直线4种组合。由此可知,加上抛物线形,翼型中线形状共有5种类型。对于上述5种翼型中线,叶片造型所需参数稍有不同,除了前面介绍的6个基本参数外,可能还需要增加某些参数。对于单圆弧,只需6个基本参数,无需再增加参数。单圆弧翼型中线的几何关系如图1所示。图1单圆弧翼型中线的几何关系通过几何关系,计算获得叶
7、片造型所需的主要参数。(1)叶轮内径:(2)叶片曲率半径:(3)叶片圆弧中心所在的半径:(4)叶片圆弧所对应的圆心角:其中,,(5)叶片弦长:(6)叶片中心所在的半径:(7)叶片长度方向与x轴之间的夹角:(8)叶片长度方向与叶轮半径方向之间的夹角:对于单圆弧+直线,除需6个基本参数外,还需要给出直线位置x1,以帮助确定翼型中线从哪个位置开始为直线。对于双圆弧,除需6个基本参数外,还需要给出最大挠度位置x2,以帮助确定翼型中线两段圆弧的交点(即切点)。对于双圆弧+直线,除需6个基本参数外,还需要给出
8、直线位置x1和最大挠度位置x2,以帮助确定翼型中线两段圆弧的交点(即切点),以及翼型中线从哪个位置开始为直线。对于抛物线,只需6个基本参数,无需再增加参数。对于上述4种翼型中线的叶片,其几何关系与单圆弧相类似,故在此不多述。而对于叶片的旋转以及沿半径方向平移至圆周等,则可见文献[3]。这样在确定了叶片翼型、翼型中线以及叶片造型的主要参数之后,就可以实现叶轮的参数化建模了。1.2蜗壳建模蜗壳是多翼离心通风机的一个重要组成部分,其作用是将离开叶轮的气体集中、导流,并将气体的部分动能转变
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