多翼离心通风机叶片翼型的研究_罗嘉陶

图 3 出口气流角
在 CW- 1 翼型的后缘处, 压力面和吸力面 的切线方向均和翼型中线切线方向相近, 因此,
示, 无论是在大流量还是在小流量条件下, C- 4 翼型通风机在前盘区域循环的流量在总流量中
在没有出现边界层分离的叶道 中, 出口气流在 都占有更大的比例。
压力面和吸 力面基 本上都 是顺着 叶片表 面流 出; 而在 C- 4 翼型的后缘处, 压力面的切线斜
[ 2] 松永省吾[ 日] . 多叶通风机叶片数对风压影响的实验研究. 风机技术, 1982( 2) .
[ 3] Lin Sheam_Chyun and H uang Chia_Lieh. An integrated experimental and numerical st udy of f orw ard_curved cent rifugal f an. Experiment al T hermal and Fluid Science, 26 ( 2002 ) : 421 434.
翼型相比, 采用叶片后缘被叶轮外径自然 切除 而形成的 CW- 1 翼型有助于在叶轮 的气流主 要流出区获得更高的 气流速度, 其翼型表 面也 更加符合气流的流线 型设计, 在前盘区域 循环 的流量较少, 因此可以获得更大的风量和全压, 更加适合 于柜式 空调中 的多翼 离心通 风机 采
心风机的一个主要流动特征, 与多翼风机的低 用。
二、风机叶片翼型 结构
计算的两种风机的基本结构和叶片形状分 别如图 1 所示, 其中( b) 图表示风机 A 所采用的 叶片, 其中弧线由 3 段圆弧组成, 叶片翼型简称 为 CW - 1 型, 翼型的截面尺寸列于表 1; ( c) 图 表示风机 B 采用的叶片, 其中弧线和( b) 相同, 叶 片翼型为 C - 4 翼 型, 翼型 截面尺 寸参 见文 献 [ 4] 。两台风机其余部位结构参数和风机气动参 数均相同, 具体如下: 转速 425 r/ m in, 叶片数 43, 进口安 装 角 55b, 出 口安 装 角 143b, 叶 轮 外 径 340mm, 叶轮内径 280m m, 直径比 0. 82, 叶轮宽 度 116mm, 蜗壳宽度 140mm, 叶轮出口相对宽度 0. 34, 气流密度 1. 18kg / m3。两种计算风机的叶 轮均无前盘。为了保证计算结果的可比性, 两种 计算风机采用相同的计算区域划分、网格类型以 及网格分布。
图 4 给出了计算的两种风机的压力 ) 流量 特性曲线。与风机 A 相比, 风机 B 的特性曲线
率大于翼型中线切线斜率, 吸力面的切线斜率 左移。由此可以判断, 与 C- 4 翼型相比, 采用
小于翼型中线切线斜率, 因此出口气流角 B2 总 是比采用 CW- 1 翼型时要大一些, 而且由于多 翼叶轮流道很短, 此时在吸力面上更有可能出
CW- 1 翼型可以获得更大的风量和全压。
五、结论
现气流还未到达尾部时就 已离开叶面的现象。
风机叶片采用不同的翼型会对整机性能产
图 3 给出了自定义直线 out 沿轴向方向的出口 生很大的影响。和具有尖状 后缘形状的 C - 4
气流角 B2 的分布, 可 以看出, 在 叶轮中部及后 盘部位, 采用 C- 4 翼型的风机 B 的 B2 要比采 用 CW- 1 翼型的风机 A 的 B2 高 5b左右; 但在 前盘附近, C- 4 翼型的 B2 略低于 CW- 1 翼型 的 B2, 表明叶道中边界层分离范围稍微有所增 大。前盘附近叶道中的气流分离现象是多翼离
一、引言
多翼离心通风机具有流量系数大、压力系数 高, 尺寸系数小以及噪声低等特点, 是柜式空调
室内机中的一个重要组成部分。多翼叶轮是风 机中的旋转部件, 对风机中能量的传递起着主要 作用, 叶轮结构参数的改变如: 叶片数及其布置 型式、叶片的进口安装角、出口安装角、翼型以及 中弧线形状等都会对风机的内部流场以及外部 气动性能产生很大的影响。目前, 对多翼离心通 风机叶 片的 研 究多 针对 叶片 数[ 1] 及其 布置 型 式[ 2] 和叶片进出口安装角[ 3] 方面, 而对叶片翼型 及其对风机整机性能影响的研究却很少见。本 文借助商业软件 F LUENT 对两种采用不同叶片 翼型的风机进行了整机模拟计算和性能预测, 以 寻求适合于柜式空调用多翼离心通风机的叶片 翼型并探讨其优势所在。
风机静压( Pa) 风机 A 风机 B
图 2 叶轮出口速度 表 2 各风机前盘区域循环流量百分比( % )
0
20
30
36
38
1. 7
1. 8
2. 2
2. 4
2. 6
2. 28
2. 30
2. 33
3. 2
3. 4
39
40
2. 8
3. 1
3. 6
4. 6
) 21 )
风机技术 2004 年 第 3 期 / 设计试验
5. 00 3. 577 3. 890
45 787
7. 50 4. 205 4. 503
50 5. 383 5. 560
95 2. 726 2. 762
说明: 1. 前缘半径 r 1= 2. 325% L , 与翼型上下表面相切; 2. 后缘被叶轮外径自然切除。
[ 4] 李庆宜. 通风机. 机械工业出版社, 1981.
) 22 )
效率紧密相关。
参考 文献
图 4 风 机特性曲线
风机前盘区域的涡流也是影响多翼离心通 风机性能的一个主要因素。表 2 所示的数据显
[ 1] Noboru SHIM BA RA, Y oshio K ODAM A, Hidechito HA YASHI, et al. Charact eristics of Fluid Dynamics and N oise of a M ultiblade Radial Fan ( Effect s of inner diameter and t he number of blades on the charact eristics of f luid dynamics and noise) . 日本机械学会论 文集, 1996( 10) , B62( 602) : 3642- 3648.
风机技术 2004 年 第 3 期 / 设计试验
多翼离心通风机叶片翼型的研究
Research on the Airfoil of Multi_blade Centrifugal Fan
罗嘉陶 王嘉冰 / 华中科技大学能源与动力工程学院
=摘要>采用 CFD 手段对两种采用不同叶片翼型 的风机进行整机模拟计算, 研究了叶片翼型对风 机性能的影响。第一种为 CW- 1 翼型, 第二种 为 C- 4 翼型。结果表明, 和 C- 4 翼型相比, 采 用 CW- 1 翼型更有助于在叶轮的气流主要流出 区获得更高的气流速度, 其翼型表面也更加符合 气流的流线型 设计, 在 前盘区域 循环的流 量较 少, 因此可以获得更大的风量和全压, 更加适合 于柜式空调中的多翼离心通风机采用。
CW- 1 翼型和 C- 4 翼型的厚度不同, 在其他 条件相同的条件下, 厚者在翼型压力面与吸力面上 所产生的压差大, 所吸入的流量大, 流速也大。图 2 给出了计算的两个风机出口分别为 38Pa 和 20Pa 时的叶轮出口处的自定义直线 out 沿轴向的速度 分布, 反映出风机 A 的速度明显高于风机 B。
10 4. 748 5. 011
55 4. 924 5. 134
100 2. 726 2. 762
三、数值计算方法
四、计算结果及分析
15 5. 713 5. 888
60 4. 495 4. 725
20 6. 405 6. 491
65 4. 093 4. 337
采用有限体积法 离散控制方程, 对风机的 三维定常流场进行分离式隐式求解。计算采用 St andard K- E两方程紊流模型、近壁区的流动 模拟采用标准壁面函数, 差分格式为二阶迎风 差分格式, 压力- 速 度耦合 采用标准 SIMP LE 算法求解。风机进出口均给定压力边界条件。
关键词: 多翼离心通风机 翼型 性能 CF D
Abstract: T he effects of t wo types of airfoil on t he performance of mult i_blade cent rif ugal fan used in floor standing air_conditioner are investigated by using the commercial CFD code f luent . T he first type is t he CW_1 airfoil that is ex tensively used in multi_blade cent rif ugal fan of air_condit ioner. T he ot her is C_4 airf oil. Calculation result s disclose that t he f an wit h t he second ty pe airf oil show s t he best ef fect. Comparing w ith C_4 airfoil, CW_1 airfoil w ill get higher velocity at t he rotor ex it, less/ inactive0 airf low behind t he inlet of fan and the blade shape f it s st reamline desig n bet ter, t hus can get more f lux and higher tot al pressure. Key words: Multi_blade centrifugal fan Airfoil Performance CFD