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行業(yè)資訊

 

離心風(fēng)機(jī)整機(jī)準(zhǔn)定常流動(dòng)數(shù)值研究

2015-06-02
　　1引言離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)公復(fù)雜的維粘性流動(dòng)。
　　只憑借現(xiàn)有的試驗(yàn)手段要很好地測量其中流場的細(xì)微結(jié)構(gòu)是非常困難的，甚至是不可能的。
　　如今，啊計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)運(yùn)用于離心風(fēng)機(jī)的實(shí)例己不少，但它們基本上是建立在些簡化堪礎(chǔ)的如單獨(dú)譯個(gè)離心葉輪的流道成單獨(dú)鐸十蝸殼或運(yùn)用個(gè)流道巧蝸迭代計(jì)算的方法研究風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)2，實(shí)際上這些算法都假設(shè)4機(jī)內(nèi)流動(dòng)足定常與討稱的。忽略了由于蝸殼型線的非對(duì)稱性而導(dǎo)致葉輪各葉道內(nèi)流動(dòng)呈現(xiàn)的非對(duì)稱流動(dòng)特征，所以，用這些方法無法準(zhǔn)確地捕捉到流場的真實(shí)信息；曾經(jīng)也有人把整個(gè)轉(zhuǎn)子與定子都考慮進(jìn)去，但卻把整個(gè)流場作為維來處理這樣根本無法得到流場的維特性。
　　心風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況與變工況下進(jìn)行了內(nèi)部流場整機(jī)乍維姑性準(zhǔn)定常1律。捕捉到了離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部許多重要的流動(dòng)現(xiàn)象，證實(shí)了由于蝸殼的非對(duì)稱性而導(dǎo)致葉輪與蝸殼的相互作用時(shí)會(huì)引起整個(gè)流場1對(duì)稱的流動(dòng)特怔，通過付離心4機(jī)內(nèi)流場果為探討影響離心風(fēng)機(jī)效率的原因改進(jìn)葉型設(shè)計(jì)提高效率擴(kuò)大運(yùn)行工況范圍等，提供了重要2基本方程及其數(shù)值方法收稿日期200247邊修稿日期2002基本方程程組并配合8必，潘，湍流模型。時(shí)均奶程俎的守恒形式可以簡4成Fv粘性迎量尖景Q源項(xiàng)矢試其達(dá)式可簡寫為存動(dòng)力粘度揣流粘度，其值由8湍流模型而定以流熱傳導(dǎo)系數(shù)傳導(dǎo)系數(shù)記義分別為數(shù)值計(jì)算方法對(duì)式⑴采基于時(shí)間推進(jìn)法的，格階精度。它對(duì)中間坐標(biāo)采用中心離散格式，為了防止求解時(shí)發(fā)生振蕩，方程中加上個(gè)非線性階人工粘性項(xiàng)和個(gè)線性的階人工粘性項(xiàng)。對(duì)時(shí)間坐標(biāo)米用階出1方法求解fU7dT=Fii為提高計(jì)算的速度與收斂性，本文采用了重網(wǎng)格循環(huán)的技術(shù)隱式殘差光順當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長等加速收斂技木。
　　2.3邊界條件的設(shè)定進(jìn)口給定流動(dòng)總壓為大氣靜壓力，流動(dòng)總溫為大氣靜溫流動(dòng)方向?yàn)檩S向進(jìn)氣。出口給定背壓5其它參數(shù)由內(nèi)部外推。壁面給定絕熱與無滑移條件。
　　流道與蝸殼間的動(dòng)靜部件之間信息傳遞采用凍結(jié)轉(zhuǎn)戶方法，呢，1叫1.處理5人以達(dá)至1整機(jī)計(jì)算的目的。
　　需豎指出的是，由于本文用的紀(jì)揣流模喂它為代數(shù)模型，故無須捉及邊界糸件，木文后即為汁算結(jié)果收斂。
　　3計(jì)算結(jié)果與分析3.1計(jì)算實(shí)例況1的悠機(jī)數(shù)值計(jì)算。該離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)流試為4200，1屯設(shè)計(jì)壓力為10425035額定轉(zhuǎn)速為96，17.葉輪為后向單圓弧型，進(jìn)口安裝角為29，出口安裝角為38，葉片數(shù)為。該離心風(fēng)機(jī)外型意。
　　32計(jì)算網(wǎng)格為了便于給準(zhǔn)邊界條件，在計(jì)算時(shí)將風(fēng)機(jī)進(jìn)口管與出氣管分別延長，使其進(jìn)出口流動(dòng)為均勾。
　　網(wǎng)格生成采用分區(qū)分塊，技術(shù)，分別將葉輪與蝸殼內(nèi)各布置約30萬個(gè)網(wǎng)格，2給出了整個(gè)風(fēng)機(jī)的維網(wǎng)格分布。
　　效率曲線與流量壓比曲線。由3可知，風(fēng)機(jī)的最高效率點(diǎn)正好是其設(shè)計(jì)流量點(diǎn)，當(dāng)流量偏離設(shè)計(jì)流量時(shí)，效率都有所下降。這種變化趨勢(shì)與以往風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果相致，這充分說明風(fēng)機(jī)的整機(jī)計(jì)算結(jié)果是有效而可靠的。相反，如果用些簡化模型，如單獨(dú)計(jì)算蝸殼或個(gè)葉輪與蝸殼的迭代計(jì)算都很難得到如此的流量效率曲線。
　　以往的試驗(yàn)結(jié)果相致的，并且在設(shè)計(jì)工況的附近其曲線變化比較平坦，這說明該風(fēng)機(jī)的工況范圍較寬，性能較為理想。
　　由于本文是采用化3方程計(jì)算，且在計(jì)算中未采用壁面函數(shù)，故網(wǎng)格在固壁處須局部加密，并且第層網(wǎng)格離壁面的距離特別重要，它直接影響著計(jì)算的結(jié)果本文根據(jù)下述公式來定該值7Lr4參考長度Vnf參考速度；J+無量綱常數(shù)，可按經(jīng)驗(yàn)選取本文計(jì)算時(shí)取3，流動(dòng)雷諾數(shù)約為107，3.3.2風(fēng)機(jī)蝸殼周向壓力分布壁面上靜壓系數(shù)在設(shè)計(jì)工況與變工況下的變化曲線。其中0為周向角，其定義可參1.
　　靜壓系數(shù)，的定義為R考密度，其值取為常溫下空氣的密度vr參考速度的大小，其值取為葉輪出口氣流速度6處數(shù)為3.
　　3.3計(jì)算結(jié)果3.3.1風(fēng)機(jī)性能曲線在蝸舌附近壓力先急劇下降后又急劇上升。這說明在變工況時(shí)，蝸殼內(nèi)氣流沿周向流動(dòng)是非常配。其中1號(hào)流道是指1號(hào)葉片與2號(hào)葉片之間流道號(hào)流量分配也是不同的。只不過是在設(shè)計(jì)工況下，各流道流量的變化幅度要小于各種變工況時(shí)的情形。特別是當(dāng)風(fēng)機(jī)在變工況運(yùn)行時(shí)，靠近蝸舌的流道內(nèi)流量變化甚大。從這現(xiàn)象說明，風(fēng)機(jī)流呤內(nèi)的流動(dòng)絕不足對(duì)稱的。故而只運(yùn)用單1流道計(jì)算流場會(huì)把這種流動(dòng)的非對(duì)稱性給抹殺。
　　5風(fēng)機(jī)周向截面靜壓分布靜壓系數(shù)分布。的定義同式8.
　　由8可以看出，各個(gè)工況下，多數(shù)流道內(nèi)沿徑向隨半徑的增大壓力逐步上升，速度逐步減小，即葉輪中相對(duì)速度的減少，提高了氣體的靜壓能這正符合流體在葉輪內(nèi)部的流動(dòng)特點(diǎn)。值得注意的是，不管在設(shè)計(jì)工況還是在變工況下，各個(gè)流道內(nèi)流動(dòng)的壓力分布雖有相似之處，但也存在著較大的差別。
　　這種差別在靠近蝸舌附近的流道中現(xiàn)得更加明顯由于蝸舌的擾動(dòng)作用，使其附近流道中的靜壓分布出現(xiàn)明顯扭曲的同時(shí)也使其升壓能力有所下降。
　　從7的各流道內(nèi)流量分配的不均勻性及8的葉輪內(nèi)靜壓分布的，對(duì)稱性這些側(cè)面可以說明每個(gè)葉道不同位置時(shí)的流動(dòng)情況完全不同，這完個(gè)是山丁1蝸殼的非對(duì)稱性引起的。這現(xiàn)象明，流體在風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程中，下游的部件會(huì)對(duì)上游的流休流動(dòng)產(chǎn)生非常人的影響，所以對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)而言，單單用數(shù)值方法研究某個(gè)元件或某個(gè)流道的計(jì)算很難反映出流動(dòng)的實(shí)際情況，況且研究單個(gè)元件時(shí)，計(jì)算的邊界條件很難給定，這給計(jì)算成誤導(dǎo)。
　　6蝸片處速度分布周向角5蝸克跨盤言流道平而靜統(tǒng)6，分布紊亂執(zhí)特別在蝸舌附近氣流先加速后減速，使流動(dòng)惡化。只有在設(shè)計(jì)工況下，氣流沿蝸殼周向的流動(dòng)比較均勻，故而壓力盡管有波動(dòng)但相對(duì)比較平穩(wěn)，特別在蝸舌處，壓力未出現(xiàn)強(qiáng)烈的波動(dòng)。
　　3.3.3風(fēng)機(jī)各葉片所受載，曲線蝸殼周向的壓乃波動(dòng)會(huì)直接反作用葉輪出口，使各流道中的流體受到周期性的堵塞，從而使其產(chǎn)生具有定周期性的加速與減速運(yùn)動(dòng)。這種葉道中流體周期性的變速運(yùn)動(dòng)會(huì)造成流體流入葉道時(shí)流動(dòng)角與攻和亦發(fā)生周期性的變化。從而使每個(gè)葉片所受的載荷亦發(fā)生周期性的變化6給出了各葉片所受載荷沿周向的變化葉片編號(hào)，可參1.從6可以看出，在設(shè)計(jì)工況下葉片所受載荷沿周向比較均勻，17變工況下，葉片所受載荷沿周向變化較大，特別在蝸舌附近這種變化尤為強(qiáng)烈。這就有可能誘發(fā)葉片的振動(dòng)。
　　葉片編4從6中還可以看出，離心風(fēng)機(jī)內(nèi)，由于蝸殼足非對(duì)稱的。這種下游非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)，葉輪中的流場產(chǎn)生影響，導(dǎo)致各個(gè)葉道中流動(dòng)也具有非對(duì)稱性，從而使各個(gè)葉片所受載荷會(huì)有所不同。由此不難看出，要對(duì)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)有個(gè)準(zhǔn)確的把，就必須將葉輪與蝸殼結(jié)合起來整機(jī)計(jì)輥，任何對(duì)流場進(jìn)行軸對(duì)稱的假設(shè)都是不合適的。
　　3.3.4風(fēng)機(jī)各流逍流巧分布M8葉輪跨盤蓋中心；4近，壓系數(shù)。分布蝸古玷離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部個(gè)比較敏感的部位，其中的流動(dòng)狀況相當(dāng)復(fù)雜。9給出了各個(gè)況機(jī)跨盤蓋中心流道上蝸舌剛近流線分布，從休的擾動(dòng)作用仲化近蝸舌附近的流體在流道中形成了個(gè)旋渦。這個(gè)旋渦在設(shè)計(jì)工況時(shí)相對(duì)比較弱小，而在變工況時(shí)這個(gè)旋渦幾乎充滿了整個(gè)流道，特，是在小流量工況下靠近蝸占附近的兩個(gè)流逍都有旋渦存在。這樣造成的能量損火是很大的。
　　3，=0.7工況蝸舌處速度失1.=1.0工況蝸舌處速度失量射。=1.41況蝸舌處速度失1 4結(jié)論通過離心風(fēng)機(jī)的整機(jī)準(zhǔn)定常計(jì)算，不僅可以較為準(zhǔn)確地描述出離心風(fēng)機(jī)的整體性能曲線。而且還能捕捉到其內(nèi)部流動(dòng)的許多屯要的流動(dòng)現(xiàn)象。從這些現(xiàn)象可以說明離心風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)非常復(fù)雜，不具有任何軸對(duì)稱性屬于維的全粘性流動(dòng)，而且風(fēng)機(jī)各部件之間的相互關(guān)聯(lián)非常緊密，下游的部件對(duì)1游會(huì)產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)也說明，在某些假定下對(duì)風(fēng)機(jī)某個(gè)元件或某個(gè)流道的計(jì)算很難反映出流動(dòng)的實(shí)際情況，很難為風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提出準(zhǔn)確的信息。
　　41潘地林，張立祥。離心式通風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)部流動(dòng)特性200093上海市軍工路516號(hào)上海理工大學(xué)419號(hào)信箱。
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