基于非线性湍流模型的多翼离心风机内部流场三维数值模拟及性能预测.pdf

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1、2012年第40卷第1O期流体机械41文章编号：1005—0329(2012)10—0041—05基于非线性湍流模型的多翼离心风机内部流场三维数值模拟及性能预测李亮，王瑞，金晗辉(浙江大学流体工程研究所，浙江杭州310027)摘要：采用三维时均Navier．Stokes方程，在显式代数雷诺应力湍流模型(EASM)的基础上，通过引入扩展内禀平均旋转张量，建立了多翼离心风机数值模拟方法。基于数值模拟结果的性能预测和实验结果吻合良好，证实了所采用的计算模型和数值方法的可行性。通过数值模拟，分析了叶轮流道内速度场和压力场的分布，数

2、值模拟结果表明叶轮流道呈现非常复杂的三维特性，在叶轮前盘存在二次涡流，吸力面则存在流动分离，并发现低能量的流体聚集在前盘区域，并分析比较了不同流量下流道中分离流动的情况。关键词：CFD；多翼离心风机；非线性湍流模型中图分类号：TH43文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2012．10．009ThreeDimensionalNumericalSimulationofInternalFlowFieldinMulti．bladeCentrifugalFanasedontheNon-linear

3、TurbulentModelULiang，WANGRui，JINHan—hui(InstituteofFluidEngineering，Zh~iangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Basedonthethree-dimensionalRANSandexplicitalgebraicstressmodels(EASM)，anewmethod，whichtheex-tendedintrinsicmeanspintensorisinsteadoftheintrinsicmean

4、spintensor．iSdevelopedtosimulatetheturbulentflowinamulti-bladecentrifugalfan．Thecomparisonofperformancebasedonthesimulatingresultswiththeexperimentshowsthesimula-tionmethodisreliable．Thevelocityandpressuredistributionofinternalflowshowsthattheflowinimpellerisveryc

5、omplicated。someessentialcharacteristicsofinternalflow，suchasseparatedflowonthesucksideandthesecondflowonthefrontplane，havebeenobserved．Additional~，thelowerenergyfluidisaccumulatedonthefrontplatearea．Keywords：CFD；multi—bladecentrifugalfan；non—linearturbulentmodel1前

6、言当前，对多翼离心风机的三维流动数值模拟进行了许多的研究¨j，但原有数值模拟中采用多翼离心风机因其结构紧凑，压力系数高、噪的湍流模型大多是线性涡粘性模型。由于线性涡音低而被广泛应用在油烟机、空调换气系统等场粘性模型存在两个很明显的缺陷，即各向同性假合。多翼离心风机内部的压力脉动、射流一尾流设和模型坐标不变性。前者是基于Boussinesq假结构、边界层分离等对其气动性能和噪音特性有设的结果；后者则是由于对应变率张量的唯一依很大影响。随着CFD(计算流体力学)技术的快赖性。这些缺陷导致诸多后果，如不能准确预测速发展，通过数值

7、模拟对多翼离心风机内部流场管道中的二次流动(各向同性涡粘性系数)以及进行流动分析及性能预测越来越受到重视。由于不能对旋转之类的非惯性效应做出正确反应(坐CFD方法可以直接获取叶轮流道内任意点的流标无关性)。考虑到上述因素，本文基于场信息，因此为风机的优化设计提供依据。Wallin&Johansson的显式代数雷诺应力湍流模型，收稿日期：2012—02一o942FLUIDMACHINERYVo1．40，No．10，2012通过引入扩展内禀平均旋转张量，建立适合于旋转流动的非线性雷诺应力模型，并对一多翼离心风机进行数值模拟分析

8、⋯。’B＼．出风三三i。l2多翼离心风机的几何结构口座Af1吸油孽十字整流器扩散段减压筒本文数值模拟所采用的风机为小型多翼离心烟机篓自风机，叶轮外径D=200mm，叶轮内径D。=图3测试装置164mm，叶片数Z=56，采用单圆弧叶片，并沿圆3．2数值计算周均匀分布，叶轮宽度B=80ram，叶轮结构和风3