7、离心风机的流场分析和参数化设计
离心风机的参数化建模及设计分析
叶轮是离心风机的主要部件，由前盘、叶片、后盘和轴盘组成。叶轮的几何形 状、尺寸、叶片数目和制造精度对性能有很大影响。要保证离心风机平稳地转动，
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华中科技大学硕士学位论文
叶轮需要经静平衡和动平衡的严格校正。按照叶片的形状，叶片可以分为平板形、 圆弧形和机翼形。按叶片出口安放角的大小区分，叶轮分为前向、径向和后向三种 型式。前向叶片的叶片出口安放角大于 90°，叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶 片的出口安放角等于 90°，叶片顶部是向径向的；后向叶片的叶片安放角小于 90°， 叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。从气体获得的压力来看，前向叶片最大，径向次 之，后向叶片最小。从效率的角度看，后向叶片最高，径向次之，前向叶片最低。 在相同的流量和转速条件下，要达到相同压力，前向的叶轮尺寸最小，径向次之， 后向最大。叶片的型线以平板直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。叶片与盖盘的联 接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的 叶轮也有采用铝合金铸造的[4]。
离心风机变工况流场分析
２建模 与计 算方法
果 风 机 出 口和入 口的全 压 差 为 ３． ３ Ｐａ， ８ｋ 与 给 定 的 风 机 全压 ３ ９ ｋ ａ 差 仅 为 ３ ８ Байду номын сангаас８ Ｐ 误 ． ％， 的 分量 为 ｕ 和 Ｗ， 用标 准 五 模型 求 可 以 判 断 该 模 拟 结 果 可 信 。 、 采 一 解 该 问 题 时 ， 制 方 程 包 括 连 续 性 方 程 、 ３ ２ 流场分 析 控
型 与非 结 构化 网格 。
关键词 ； 离心风机 变工况 数值模拟 流 动分析 中图分 类号 ： Ｎ ３ Ｔ １ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ８ １ （ ） ０ ５ － ２ １ ７ － ９ Ｘ ２ ０ ） ０ ａ－ ０ ０ ０
２ ３ 控 制方程 ． 本 文 中旋 转 叶 轮 与 静 止 蜗 壳 之 间 、 旋 近年 来 ， 着计算机技术的快速发展 ， 随 使 得 计 算 流 体 动 力 学 （ Ｆ 在 离 心 风 机 的 转 叶 轮 与静 止进 口管 之 间 的耦 合采 用 了 多 Ｃ Ｄ） ｍｕｔ ｌｒ ｆｒ ｎ ｅｒ ｍｅ ， ｉ 研 究 领 域 得 到 了越 来 越 广 泛 的应 用 。本 文 参考 坐标 系 （ ｌ ｐ ｅ ｅｅ ｅ ｃ ｆａ ）把 离 就 应 用 计 算 流 体 动 力 学 的 商 用 软 件 之 一 心 风 机 内流 场 简 化 为 叶 轮 在 某 一位 置 的 瞬 将 Ｆｌｕ ｔ ６ ０型离 心 风机 不 同工 况下 的流 时 流 场 ， 非 定 常 问 题 用 定 常 方 法 计 算 。 ｅ ｎ 对 －３ 取 场 做 了 三 维 模 拟 ， 通 过 对 其 流 场 的 对 比 对 于 定 常 不 可 压 缩 流 体 ， 与 叶 轮 一 起 以 并 考虑 粘 性 假 设 ， 使 和 研 究 ， 减 小 流 量 变化 对风 机 的影 响 ， 为 拓 恒 定 转 速 转 动 的坐 标 系 ， 用 笛卡 儿 坐标 系 ， 度矢 量 在 Ｘ， 和 方 向 速 宽风 机 的 工 作 范 围提 出 建 议 。
离心风机流道设计及优化研究
离心风机流道设计及优化研究离心风机是目前常见的一种用于通风、排风、送风等工程领域的设备，其核心部件——流道设计和优化，对于风机的性能和效率具有重要影响。
在本文中，将探讨离心风机流道设计及优化的相关内容，并介绍一些常见的优化方法和技术。
一、离心风机流道设计的重要性在离心风机中，流道是将进入的气体引导并加速到风机出口的关键部分，其设计直接影响到风机的性能和效率。
合理的流道设计能够改善气体的流动情况，提高风机的压力能力和送风量，从而达到更高的效率和能耗降低。
而不合理的流道设计可能会导致流动不均匀、能量损失过多等问题，降低风机的性能。
二、离心风机流道设计的要点1. 流道截面设计：离心风机的流道截面形状对于气体流动的扩张和压力变化起着重要作用。
合理的截面设计应考虑流体的流动特性和气体性质，使得气体能够顺利地通过截面，避免过度扩张和收缩，从而减少气流的阻力和能量损失。
2. 纵向流道设计：纵向流道的设计主要考虑气流的加速和扩张，在保持流态稳定的前提下，提高风机的压力能力。
通过合理的纵向流道设计，可以使气流在流道内部能够顺利加速，并尽量减少阻力和湍流的产生，从而最大程度地提高离心风机的效率。
3. 流道表面光滑度：流道表面的光滑度对气流的流动阻力和损耗有着重要影响。
光滑的表面能够减少摩擦阻力，提高流道的效率。
因此，在流道设计中，应注意流道表面的加工工艺和涂层材料的选用，以保证流道表面的光滑度和微粗糙度控制在合理范围内。
三、离心风机流道优化的方法和技术1. 数值模拟与仿真：利用计算流体力学（CFD）方法，对离心风机的流场进行数值模拟和仿真分析，可以得到流道内气流的速度、压力等分布情况，进而评估不同设计方案的性能。
这种方法不仅能够快速进行流道设计的优化，还能够为流道的改进提供有效的思路和参考。
2. 正交试验设计：利用正交试验设计方法，对流道的关键参数进行多因素、多水平的试验，以寻找最佳的参数组合，优化流道设计。
通过实验数据的统计分析，可以确定不同参数对流场的影响程度和相互关系，为进一步的优化提供依据。
离心风机的工作原理和性能参数
离心风机的工作原理和性能参数离心风机是一种常用的风机类型，其工作原理是通过离心力将气体或气体颗粒带入风机内部，并通过离心力将气体或气体颗粒加速并排出。
离心风机的主要组成部分包括：进气口、离心叶轮、驱动装置、外壳以及出口。
进气口是气体或气体颗粒进入风机的出入口，离心叶轮是离心风机的核心部分，通过旋转产生离心力。
驱动装置可以使用电动机、发动机等不同的动力装置。
外壳是离心风机的外部包围结构，用于防止气体泄漏和噪音。
出口是离心风机的出口，气体或气体颗粒在离心力作用下从出口排出。
离心风机的工作原理可以分为叶片作用和离心力作用两个过程。
首先，当进入风机的气体或气体颗粒经过进气口后，被离心叶轮吸入。
离心叶轮由多个叶片组成，叶片的形状和排列方式可根据实际需求进行设计。
当离心叶轮旋转时，产生的离心力将气体或气体颗粒加速，并使其在离心叶轮的外缘被排出。
离心风机的性能参数包括风量、压力、效率和功率。
风量是指进入离心风机的气体或气体颗粒的流量，通常以立方米/小时或立方英尺/分钟为单位。
压力是指风机所产生的气体压力，以帕斯卡（Pa）或英制单位英寸水柱（inWC）表示。
效率是指离心风机的能量转化效率，即输出功率与输入功率之比。
功率是指驱动离心风机运转所需的能量，通常以瓦特（W）或马力（HP）表示。
离心风机的性能参数受多种因素影响，包括离心叶轮的形状和尺寸、驱动装置的性能、外壳的结构等。
离心叶轮的形状和尺寸是影响风量和压力的关键因素，较大尺寸的叶轮可以产生更大的离心力和更高的风量和压力。
驱动装置的性能和外壳的结构也会对离心风机的性能产生一定影响。
较高性能的驱动装置和优化的外壳结构可以提高离心风机的效率和能量转化效率。
总之，离心风机通过离心力将气体或气体颗粒带入并加速排出，其工作原理简单明了。
风机的性能参数包括风量、压力、效率和功率，这些参数受到离心叶轮、驱动装置和外壳等因素的影响。
了解离心风机的工作原理和性能参数对于正确选择和使用离心风机具有重要意义。
离心通风机内部流场的数值分析
离心通风机内部流场的数值分析何小笛;纪爱敏;彭利平;龙登燕;王豪【摘要】Aiming at the problem of large flow loss and low efficiency in the centrifugal fan,the flow field inside the fan was studied by finite element software.Firstly,taking the fan ME103 as an example,the air inlet test was carried out to determine the boundary conditions re-quired by the FLUENT fluid simulation.The three-dimensional flow channel model of the fan was established by UG software and meshed by the ICEM software.The 3D numerical simulation results of flow field in ME103 were obtained in FLUENT; Secondly,comparing the exit ve-locity of ME103 simulation flow field with the experimental data,the two were in good agreement with each other to verify the reliability of the numerical analysis results; Finally,by analyzing the simulation flow field inside the centrifugal fan under working flow and non-working flow,the law of flow field inside the fan was obtained and the performance optimization scheme of the fan was proposed.The results indicate that combining the research method of air inlet test and numerical analysis can further explain the characteristics of the flow field inside the fan and provide guidance for the design and manufacture of the same series of highly efficient centrifugal fan.%针对离心通风机内部流动损失大、效率低的问题,利用有限元软件对风机内部流场规律进行了研究.首先以风机ME103为例进行了进气试验测试,确定了FLUENT流体仿真所需的边界条件,运用UG软件建立了风机的三维流道模型,用ICEM软件进行了网格划分,经FLUENT解算得到了ME103内部流场的三维数值模拟结果;然后将ME103仿真流场的出口速度与试验数据进行了对比,得到了两者基本吻合的结果,验证了数值分析结果的可靠性;最后通过对工况流量与非工况流量下离心通风机内部仿真流场的分析,获得了风机内部流场的规律,提出了该风机性能优化的方案.研究结果表明:将进气试验测试与数值分析结合的研究方法,可以进一步阐述风机内部流场的特性,为同系列高效离心通风机设计及制造提供指导.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2018(035)006【总页数】6页(P566-571)【关键词】离心通风机;数值分析;流场;进气试验【作者】何小笛;纪爱敏;彭利平;龙登燕;王豪【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州213022;河海大学机电工程学院,江苏常州213022;河海大学机电工程学院,江苏常州213022;河海大学机电工程学院,江苏常州213022;河海大学机电工程学院,江苏常州213022【正文语种】中文【中图分类】TH43;TH1220 引言离心通风机作为一种通用机械，广泛应用于金属矿山、煤炭工业、钢铁工业和电力行业。
离心风机设计方案与技术
风机概述：风机是各个工厂、企业普遍使用的设备之一，特别是风机的应用更为广泛。
锅炉鼓风、消烟除尘、通风冷却都离不开风机，在电站、矿井、化工以及环保工程，风机更是不可缺少的重要设备，正确掌握风机的设计，对保证风机的正常经济运行是很重要的。
离心风机设计方案的选择离心风机设计时通常给定的条件有：容积流量、全压、工作介质及其密度(或工作介质温度)，有时还有结构上的要求和特殊要求等。
对离心风机设计的要求大都是：满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；最高效率值要尽量大一些，效率曲线平坦；压力曲线的稳定工作区间要宽；风机结构简单，工艺性好；材料及附件选择方便；有足够的强度、刚度，工作安全可靠；运转稳定，噪声低；调节性能好，工作适应性强；风机尺寸尽可能小，重量轻；操作和维护方便，拆装运输简单易行。
然而，同时满足上述全部要求，一般是不可能的。
在气动性能与结构(强度、工艺)之间往往也有矛盾，通常要抓住主要矛盾协调解决。
这就需要设计者选择合理的设计方案，以解决主要矛盾。
例如：随着风机的用途不同，要求也不一样，如公共建筑所用的风机一般用来作通风换气用，一般最重要的要求就是低噪声，多翼式离心风机具有这一特点；而要求大流量的离心风机通常为双吸气型式；对一些高压离心风机，比转速低，其泄漏损失的相对比例一般较大。
离心风机设计时几个重要方案的选择：(1)叶片型式的合理选择：常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数中Ψt较小，则叶轮直径较大，而其效率较高；对前向叶轮则相反。
(2)风机传动方式的选择：如传动方式为A、D、F三种，则风机转速与电动机转速相同；而B、C、E三种均为变速，设计时可灵活选择风机转速。
一般对小型风机广泛采用与电动机直联的传动A，，对大型风机，有时皮带传动不适，多以传动方式D、F传动。
对高温、多尘条件下，传动方式还要考虑电动机、轴承的防护和冷却问题。
(3)蜗壳外形尺寸的选择：蜗壳外形尺寸应尽可能小。
对高比转数风机，可采用缩短的蜗形，对低比转数风机一般选用标准蜗形。
离心式通风机的性能参数
第二节离心式通风机的性能参数第二章通风机第二节离心式通风机的性能参数离心式通风机有一定的参数表示它的性能和规格，为了合理地选择与使用风机，就必须分析了解这些参数，以及其相互间的关系。
表示风机性能的主要参数有以下几个：一、风量通风机每单位时间内所排送的空气体积，称为风量Q，又称送风量或流量，其单位为米3/秒或米3/时，工程上常用单位是米3/时。
风机所产生的风量与风机叶轮直径、转速、叶片形式等有关，其三者之间的相互关系要用下式表示：式中：Q——通风机的风量；D2——通风机叶轮的外径，米；V2——叶轮外周的圆周速度，米/秒n——通风机的转速，转/分；——流量系数，与风机型号有关。
常用离心式风机的流量系数见表：N o 代号4-72C4-734-79Y4-566-23 6-30 9-19 9-261 0．1460．1540．1700．1080．0240．0440．0300．080 0．4540．4620．4840．2660．6140．6340．8140．8742 0．1640．1740．1900．1210．0290．0490．0370．090 0．4450．4620．4730．2640．6000．6260．8340．8573 0．1820．1910．2100．1370．0330．0540．0440．100 0．4360．4440．4670．2600．5820．6170．8280．8324 0．1990．2090．2300．1510．0340．0630．0510．110 0．4180．4250．4500．2600．5730．5900．8030．7995 0．2160．2280．2500．1660．0390．0680．0580．1206 0．2340．2460．2700．1820．0440．0730．0650．130 0．3650．3700．4210．2430．4900．5500．7320．7147 0．2520．2630．3000．1940．0490．0780．0730．140 0．3380．3140．3590．2270．4330．5250．6920．66780．2690．2820．3300．2090．0540．0830．0800．1500．3030．2770．2900．2080．3660．4960．6520．620 风机的风量一般用实验方法测得。
离心式风机的设计与计算
离心式风机的设计与计算离心式风机的选型设计风机的设计方法有两种，一种是用基本理论换算得出设计工况点的近似值，再用模型试验加以验证。
这种方法适合于制造厂及研究单位设计新型风机时采用。
另一种方法是根据模型试验已得出的空气动力学图和无因次特性曲线，应用相似定律进行选型计。
这种方法在现场广泛被采用。
由泵与风机相似定律可知，同型式的风机在相似工况运行，尽管风机的尺寸大小不同，比转数n s 相等。
因此，它们的空气动力学图和无因次特性曲线是相同的。
应用相似定律来设计风机时，只要从制造厂或研究单位提供的各种类型风机资料中，选出与所设计风机比转数n 。
相接近的风机， 比较它们的效率以及能否适于现场制作等因系，就可以确定所设计风机的型式和尺寸。
下面概述用相似定律进行选型设计的方法和步骤： 一、设计参数的选择与计算在风机选型设计时，首先需要确定所需的风量q vv 、风压p 及转速n 。
设计风量、风压的确定可以采用理沦计算的方法，也可以用实际测量的方法。
对于现有风机的改造通常采用实测的方法。
下面分别介绍风量、风压的实测法和计算法。
1、通过实测量确定风机的风量、风压测定风机在锅炉设计负荷时的风压、管道压力损失、风量以及过剩空气系数测试方法见有关资料，这里不再重叙。
当锅炉末达到没计负荷时，需要进行如下换算： 1）、风量的换算：ααee vvp D D q q •= m 3/h 式中： vp q 一换算后风机的设计出力 m 3/h ；v q —锅炉额定负荷下的风机风量 m 3/h ；ααe—分别为锅炉额定负荷与实际负荷下的过剩空气系数之比； DD e—分别为锅炉额定负荷与实际负荷的比。
2）、风压的换算： Kvvp P q q P P ）（= m 2/N P P —换算后的风机风压。
m 2/N 。
P 额定负荷下风机风压。
m 2/N 。
K 系数(—般取1．7～2．0)。
2、通过计算确定风量、风压： (1)燃煤量B 的计算：η）（）（2321h h D h h Q D B H PHe -+-=km/h式中： D e —锅炉的额定负荷。
车用离心风机的参数化设计及其性能预估_徐坤豪
上海交通大学学位论文车用离心风机的参数化设计及其性能预估THE PARAMETRIC DESIGN AND PERFORMANCEPREDICTION ONAUTOMOTIVE HVAC BLOWER硕士姓名：徐坤豪专业：制冷与低温工程学号：1040209288指导教师：陈江平教授上海交通大学机械与动力工程学院2007 年 2 月上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本学位论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日I车用离心风机的参数化设计及其性能预估摘要本文对车用离心风机的性能进行了理论分析和数值研究，提出了其性能分析的理论方法和数值方法，通过实验验证，这两种方法与实验结果比较吻合，尤其是数值计算方法，具有更高的精度。
在此基础上，开发了车用离心风机设计的数值实验平台，整合了参数化建模、数值模拟以及后处理功能。
应用该平台可以极大的提高风机产品的设计开发效率，节约开发成本，具有推广价值。
关键词：汽车空调，前向多叶片离心风机，鼠笼式风机，参数化设计，性能预估IITHE PARAMETRIC DESIGN AND PERFORMANCEPREDICTION ONAUTOMOTIVE HVAC BLOWERABSTRACTA full-scale study on the performance of automotive HVAC blower,including theoretical analysis and numerical study is carried out in thisthesis. Both the theoretical analysis and CFD method are introduced and validated by experimental data, which indicates that the CFD model matches the test results more, thus, a numerical design platform which incorporates parametric modeling, CFD modeling and post processing isderived for automotive-HVAC-blower design. This platform willsignificantly improve the design efficiency and economy in the field offans and blowers if popularized.KEYWORDS: Automotive HVAC, Multi-blade centrifugal blower,Squirrel-cage blower, Parametric designIII目录第一章绪论................................................................................ .. (1)1.1 研究背景.............................................................................. . (1)1.2 研究现状.............................................................................. . (3)1.3 本文主要工作.............................................................................. .. (6)第二章车用离心风机的参数化设计 (7)2.1 参数化设计思想 ............................................................................. (7)2.2 蜗壳模型的参数化.............................................................................. (7)2.3 叶片模型的参数化.............................................................................. . (10)2.4 其它部分的参数化.............................................................................. . (12)2.5 参数化设计的模块化.............................................................................. .. (13)2.6 本章小结.............................................................................. . (15)第三章车用离心风机性能的理论计算 (16)3.1 理想状态下的性能曲线 ............................................................................. (16)3.2 损失.............................................................................. (18)3.3 考虑损失后的性能曲线 ............................................................................. (23)3.4 本章小结.............................................................................. . (25)第四章车用离心风机性能的数值研究 (26)4.1 CFD 技术在风机领域中的应用 (26)4.2 湍流模型的选择 ............................................................................. . (27)4.3 网格数量及近壁网格的影响 (36)4.4 本章小结.............................................................................. . (38)第五章车用离心风机的性能测试 (39)5.1 风机性能实验 ............................................................................. (39)5.2 测试结果及分析.............................................................................. . (43)5.3 本章小结.............................................................................. . (46)第六章风机性能数值实验平台搭建 (47)6.1 思路.............................................................................. (47)6.2 过程.............................................................................. (47)6.3 本章小结.............................................................................. . (53)第七章结论和展望................................................................................ (55)IV参考文献................................................................................ (56)致谢................................................................................ (59)攻读学位期间发表的学术论文目录 (60)V符号说明字母Do叶轮外径 mmDi叶轮内径(叶片内切圆直径) mmr蜗舌半径 mmL 扩压段长度 mmα蜗壳膨胀角 DegA 蜗壳起始角 DegB 蜗壳终止角 Degλ螺旋线上升速度 mm/Deg pt全压 Paps静压 PaQ 风量 m3/hn 转速 rpmN 扭矩 N*mεh水力效率 %εt全效率 %bi叶轮入口高度 mmri叶片进出口圆心距 mmpF通风机压力 PapsF通风机静压 PaΔ增量ζ叶片滑移率下标1 叶片入口或风机入口2 叶片出口或风机出口bell 喇叭口imp 叶轮scr 蜗壳m 径向分量u 周向分量th 理论值∞ 无限多叶片缩略语MRF Multiple Reference Frame 多重参考系MM Moving Mesh 滑移网格PIV Particle Image Velocimeter 粒子成像速度仪LDV Laser Doppler Velocimeter 激光多普勒速度仪1第一章绪论1.1 研究背景空调已经是全球能耗群体中一个不可忽视的部分，根据最新统计，全世界建筑全年平均能耗的 25%以上由空调产生，而在汽车中空调能耗的比重在空调季节更是达到 30%以上。
7、离心风机的流场分析和参数化设计
(5) 由于分析的是二维风机 , 没有考虑涡壳两 端面对流场的影响 , 因此存在一定误差 。本文为三维 的 CFD 流场分析奠定了基础 。 参考文献 【1】沈阳鼓风机研究所 , 东北工学院流体机械教研室 1离
压力约为 728Pa, 则风机全压 p (出口压力 728Pa 减 去进口压力 200Pa) 为 528Pa, 按照全压系数公式 p = p / ( v2ρ) = 111 (其中 v为叶轮外径圆周速度 , ρ为空 气密度 ) , 与图 5的关系曲线图基本相吻合 。
图 1 叶片的三种基本形式 本文针对前向叶轮不同的叶片形状和圆弧形叶片 不同的出口角度 , 利用 FLUENT软件对二维离心风机 流场进行有限元数值模拟 , 改变出口角度进行参数化 设计 , 并得出全压系数与叶片出口角的关系图 , 并与 试验结果曲线图进行比较 , 对叶片出口角进行优化 。
5 结论 (1) 利用 FLUENT有限元软件能很好地模拟离 心风机流场 , 计算出风机的性能参数 。
(2) 弧形叶片的全压系数比直叶片的全压系数 要高 , 因此高压系列的通风机一般采用弧形弯曲叶 片。
(3) 参数化建模实现获取离心风机结构参数后 自动创建几何模型和划分网格 , 通过改变参数 , 可以 快速有效地由 GAMB IT软件运行 journal文件 , 自动 进行网格剖分和设定边界条件 , 生成网格文件 。
1 弧形叶片风机的流场模拟结果 图 2为某弧形叶片风机的有限元模型图 , 其叶片
出口角度为 160°, 叶轮外径为 150mm, 气体为空气 , 密度为 1129kg/m3 , 转速为 2492 r/m in, 进口压力为 200Pa。图 3、4分别为风机求解后的压力云图和速度 矢量图 , 图 5为参考文献 [ 1 ] 所提供的试验得出的 全压系数与叶片出口角的关系图 , 图 6为出口压力分 布图 , 由图可以看出气体在流道中的流动情况 , 气体 垂直于风机轴流经叶轮叶片构成的流道 , 涡壳将叶轮 甩出的气体集中导流 , 从出气口排出 。当气体通过旋 转叶轮的叶道间时 , 由于叶片的作用 , 气体获得能 量 , 即气体压力提高和动能增加 。出口位置最大压力 为 900Pa, 从出口位置的最左端到平齐涡舌处 , 平均
离心风机的设计全部
离心风机的设计全部离心风机是一种常用的风机类型，广泛应用于工业、建筑等领域。
离心风机的设计需要考虑到多个方面，包括风机的工作原理、结构设计、动力系统、控制系统等。
本文将对离心风机的设计进行详细探讨。
离心风机的工作原理是通过叶轮的高速旋转来产生气流，将空气吸入风机并排出，以达到通风、通风和冷却等目的。
在设计离心风机时，首先需要确定风机的工作参数，如风量、风压、转速等。
这些参数将决定风机的选型和设计要求。
在设计离心风机的结构时，需要考虑到叶轮、壳体、驱动系统和控制系统等因素。
叶轮是离心风机的核心部件，其设计应考虑到流体力学原理、叶轮材料的选择和叶轮的形状等因素。
叶轮的形状和叶片数量将影响风机的工作参数和效率，因此需要进行优化设计。
离心风机的壳体设计应确保良好的空气动力学性能和结构强度。
壳体一般分为进气段、叶轮段和出气段。
进气段需要具有良好的空气导向性能，以提高进风效果；叶轮段需要使气流与叶轮之间产生相对运动，并保证有效的能量转换；出气段需要使气流顺利排出风机。
离心风机的驱动系统通常采用电机作为动力源。
电机的选型和设计应根据风机的工作参数进行，确保电机能够提供足够的功率和转速。
此外，还需要设计适当的传动装置，如皮带和齿轮等，以使电机和叶轮能够良好地配合工作。
控制系统是离心风机的重要组成部分，可以实现风机的自动化控制和调节。
控制系统通常包括传感器、控制器和执行器等。
传感器用于测量风机的工作参数，如温度、湿度和风速等。
控制器根据传感器的信号进行逻辑控制，以实现对风机的启动、停止和调速等功能。
执行器用于控制风机的运行状态，如调整进气门的开度和叶轮的转速等。
总之，离心风机的设计需要考虑到多个方面，包括风机的工作原理、结构设计、动力系统和控制系统等。
只有综合考虑这些因素，才能设计出性能优良、可靠稳定的离心风机。
随着科技的不断进步，离心风机的设计也在不断创新和改进，为各行各业的发展提供了强有力的支持。
离心式风机的设计与计算
离心式风机的设计与计算离心式风机是一种常见的流体机械，广泛应用于工业和民用领域。
它通过离心力将空气或其他气体送入或排出系统，实现了空气循环和通风，具有很高的效率和可靠性。
离心式风机的设计与计算是实现其性能优化和系统匹配的关键步骤。
首先，离心式风机的设计要考虑到系统所需的风量、压力、功率等参数。
根据具体应用需求，确定所需的风量和压力值，再根据风机的特性曲线和效率曲线，选择合适的型号和尺寸。
常见的参数包括风机的叶轮直径、转速、功率、排气口位置等。
在设计中，需要进行叶轮的设计与计算。
叶轮是离心式风机的核心部件，起到气体的加速和转化能量的作用。
叶轮的设计需要考虑到叶片的数量、形状、角度、弯曲和厚度等因素，以及叶轮与机壳之间的间隙和封闭。
设计时需要进行流体力学的分析和计算，以确定最佳的叶轮参数，提高风机的效率和性能。
另外，离心式风机的设计还需要考虑到机壳的形状和结构。
机壳是保护和支撑风机的重要部分，具有阻止气体泄漏和降低振动噪音的作用。
机壳的设计需要考虑到气流的通道和分流，避免流动的二次损失和涡流产生。
机壳一般采用金属制造，具有合适的刚度和密封性能。
此外，离心式风机的设计还需要进行传热和动力学的计算。
传热计算可以确定风机的冷却性能和温升；动力学计算可以确定风机的转动惯量和所需的驱动力。
这些计算可以帮助设计者更加准确地估计风机的性能和参数，提高风机的可靠性和效能。
最后，在设计完成后，还需要进行风机的性能测试和调试。
性能测试可以验证设计的准确性和风机的实际性能，包括风量、压力、效率、功率等参数的测量。
调试可以发现和解决风机在运行过程中的问题，如振动、噪音、温升等。
总之，离心式风机的设计与计算是一个综合性的过程，需要考虑到流体力学、传热和动力学等多个方面的因素。
通过合理的设计和计算，可以实现风机的性能优化和系统的匹配，提高风机的可靠性、效率和使用寿命。
离心式风机的选型与设计
离心式风机的选型与设计一、应用环境需求分析应用环境是选择离心式风机的首要考虑因素之一、需要对应用环境进行详细分析，包括工作温度、工作湿度、介质腐蚀性、噪音要求等因素。
这些因素将对离心式风机的选型和材料选择产生重要影响。
二、流体参数分析三、风机性能参数评估在选型与设计过程中，需要对风机的性能参数进行评估。
常用的性能参数包括风机转速、功率、效率、轴功率、噪音等。
通过对风机性能参数的评估，可以确定风机的选型范围和工作条件。
四、风机叶轮设计风机叶轮是离心式风机的核心部件，其中叶轮的设计对风机的性能和工作效果有着重要影响。
在叶轮设计中，需要考虑叶轮的叶片数量、叶片形状、叶片弯曲角度等因素。
同时还需要对叶轮进行结构强度、动力学分析等。
五、风机外型设计风机外型设计直接影响着风机的气动效果和噪音产生。
在外型设计中，需要考虑风机的进口与出口形状、叶轮与壳体配合程度、进口导流罩设计等因素。
通过合理的外型设计，可以提高风机的效率并降低噪音产生。
六、材料选择与风机结构设计在选型与设计中，还需要根据应用环境的要求选择合适的材料。
材料应具有耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等特点。
同时还需要对风机的结构进行合理设计，保证风机的工作稳定性和可靠性。
七、系统配套与综合分析风机选型与设计过程中，还需要考虑系统的配套问题。
包括电机的选择、频率控制器的设计、传动装置的选型等。
通过综合分析和优化设计，使风机系统达到最佳的工作状态和效果。
总之，离心式风机的选型与设计是一个综合性的过程，需要综合考虑应用环境、流体参数、性能参数、叶轮设计、外型设计、材料选择等多个因素。
通过合理的选型与设计，可以提高风机的效率、降低噪音、提高工作可靠性，并满足应用环境的要求。
离心风机参数
离心风机参数离心风机是一种常用的风动设备，广泛应用于工业、建筑和汽车等领域。
了解离心风机的参数对于正确选择、安装和使用离心风机至关重要。
本文将介绍离心风机的参数及其含义，以帮助读者更好地理解离心风机的工作原理和特性。
1. 风机类型离心风机主要分为两种类型：前曲线叶轮和后曲线叶轮。
前曲线叶轮适用于高压低流量的系统，而后曲线叶轮适用于低压高流量的系统。
在选择离心风机时，需根据具体的应用需求来确定风机类型。
2. 风量风量是指单位时间内通过风机的气体体积。
风量通常以立方米每小时（m³/h）或立方英尺每分钟（CFM）来表示。
风量的大小决定了风机的能力和效率。
在选择离心风机时，需根据实际需求确定所需的风量。
3. 风压风压是指风机输出气流时对气体施加的力量。
风压通常以帕斯卡（Pa）或英寸水柱（inH2O）来表示。
风压的大小与风机的功率、叶轮直径和旋转速度等参数相关。
在选择离心风机时，需根据系统要求确定所需的风压。
4. 功率功率是指离心风机输出的机械能。
功率通常以千瓦（kW）或马力（HP）来表示。
功率的大小与风机的负载和效率等因素有关。
在选择离心风机时，需根据实际需求确定所需的功率。
5. 效率效率是指离心风机将输入能量转化为输出能量的比例。
通常以百分比形式表示。
离心风机的效率越高，其能量利用率就越高。
在选择离心风机时，需尽量选择效率高的风机，以提高系统的能效。
6. 噪音噪音是离心风机运行时产生的声音。
噪音通常以分贝（dB）为单位表示。
离心风机的噪音水平受到多种因素的影响，包括风机的设计、转速和外部环境等。
在选择离心风机时，需考虑系统的噪音限制，并选择噪音水平较低的风机。
7. 温升温升是指离心风机将电能转化为机械能时产生的热量。
温升通常以摄氏度（℃）或华氏度（℉）表示。
离心风机的温升与输入功率、效率和冷却系统等因素相关。
在选择离心风机时，需考虑系统的散热需求，并选择温升较低的风机。
8. 运行速度运行速度是指离心风机的旋转速度。
多翼离心风机CFD分析及参数优化设计
多翼离心风机CFD分析及参数优化设计张素梅;郭培红;温小萍;李同卓【摘要】利用CFD分析软件FLUENT对多翼离心风机内部三维流场进行数值模拟,数值结果与五孔探针实验数据吻合较好.在此基础上建立多翼离心式风机参数化模型,并说明不同出口截面尺寸条件下CFD分析方法的风机参数优化设计过程.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】3页(P40-42)【关键词】多翼离心风机;CFD;数值模拟;五孔探针;参数优化设计【作者】张素梅;郭培红;温小萍;李同卓【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院;河南理工大学机械与动力工程学院;河南理工大学机械与动力工程学院;河南理工大学机械与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH4320 引言多翼离心风机由于其压力系数高、噪音低等特点得到了广泛应用。
但由于其蜗壳非对称性及其内部流场复杂性，凭借现有实验手段很难较为准确地测试其内部的压力脉动、尾流及漩涡脱落等流动现象。
近年来，国内外众多学者致力于风机内部流场的研究，但大部分研究仅借助于数值模拟方法对风机内部流场进行解析计算，对多翼离心风机内部的叶片通道或截面数值计算结果往往缺乏实验数据进行验证，不能真实地反映风机内部流动真实特性。
CFD（Computational fluid Dynamics）分析技术以连续方程、动量方程及能量方程为基础，通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动等相关物理现象进行系统分析，可模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。
本文采用CFD分析软件FLUENT对多翼离心式风机内部流场进行三维数值模拟，分析其内部流动特征，利用五孔探针实验测试数据对数值模拟结果进行验证，在此基础上建立多翼离心式通风机参数化模型，并以改变蜗壳出口截面尺寸为实例说明以CFD分析为基础的多翼离心通风机参数优化设计过程。
1 CFD分析数学模型CFD数值计算基于三维时均N-S方程、k-ε湍流双方程建立模型，壁面附近采用标准壁面函数，湍流动能、湍流耗散项、动量方程等均采用二阶迎风格式离散，压力-速度耦合采用SIMPEL算法。
离心通风机设计讲解
离心通风机设计讲解离心通风机的设计首先要考虑的是其应用环境和通风需求。
根据不同的应用场景和通风需求，离心通风机的设计会有所不同。
例如，对于需要处理大量粉尘的场所，通风机的设计可以采用特殊的防尘结构，以避免粉尘对机器的影响。
在具体的设计过程中，首先需要确定离心通风机的风量和风压。
风量是指单位时间内通过通风机的空气体积，而风压则是指通风机产生的静压力。
根据通风系统的需要，可以计算得到所需的风量和风压。
接下来，设计师需要确定离心通风机的转速。
转速的选择需要结合所需的风量和风压，并考虑通风机的运行效率和噪音水平。
过高的转速可能导致噪音过大，而过低的转速则可能导致通风机不能满足通风系统的需求。
在确定风量、风压和转速后，设计师需要选择适当的叶轮类型和叶片形状。
离心通风机的叶轮是实现气体运动的关键部件。
常见的叶轮类型包括前弯式、后弯式和平板式等。
叶片形状的选择会影响通风机的效率和性能。
此外，通风机的设计还需要考虑叶轮和机壳的结构。
叶轮和机壳的结构要保证其刚度和强度，以抵御风压和风力的影响。
同时，还要注意减小叶轮和机壳之间的间隙，以减少气体泄漏和能量损失。
最后，离心通风机的设计还需要考虑运行的稳定性和可靠性。
为了确保通风机的安全运行，设计师需要进行充分的计算和模拟分析，以评估叶轮和机壳的应力状况、转子动平衡等关键问题，并相应地进行结构设计和优化。
总之，离心通风机的设计是一个综合考虑风量、风压、转速、叶轮类型和结构等因素的过程。
只有在合理的设计基础上，离心通风机才能更好地满足通风系统的需求，提供高效、稳定和可靠的通风效果。
离心通风机内部流场的数值模拟分析与比较的开题报告
离心通风机内部流场的数值模拟分析与比较的开题
报告
一、选题背景和意义
离心通风机是工业生产中常见的风机类型，具有流量大，风压高，
可靠性高等优点，在空气调节、矿山通风、火力发电等领域得到广泛应用。
离心通风机的性能主要受其内部流场的影响，因此通过数值模拟研
究离心通风机内部流场，对于优化其设计、提高其性能具有重要意义。
二、研究内容和目标
本课题拟选取一款常规离心通风机为研究对象，通过ANSYS Fluent
软件建立离心通风机的三维数值模型，并分析其内部流场特点、压力分布、速度分布等参数，比较分析不同转速、不同叶轮结构对流场的影响，为优化离心通风机设计提供理论依据。
三、研究方法和步骤
1. 查阅相关文献，了解离心通风机的结构特点和内部流场规律；
2. 建立离心通风机的三维数值模型，包括叶轮、进口、出口等部分，并设定边界条件；
3. 选择合适的数值方法，通过ANSYS Fluent软件进行流场数值模拟计算，分析流场的运动规律、压力分布、速度分布等参数；
4. 比较不同转速、不同叶轮结构对流场的影响，分析其优缺点；
5. 根据模拟结果，提出优化建议，为离心通风机的设计和性能提升
提供参考。
四、预期结果和成果
预计通过本课题研究，能够深入了解离心通风机内部流场的规律，
研究不同转速、叶轮结构对流场的影响，为离心通风机的优化设计提供
理论依据；形成一篇完整的研究报告，为离心通风机相关领域的研究提供新的思路和方法。
离心通风机内部流场的数值分析
第３５卷第６期２０１８年６月机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ.３５Ｎｏ.６Ｊｕｎ.２０１８收稿日期:２０１７－１２－０４基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１６０５１３８)ꎻ江苏省自然科学基金资助项目(ＢＫ２０１６０２８６)ꎻ中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(２０１７Ｂ６７５Ｘ１４)ꎻ江苏省研究生科研与实践创新计划项目(ＫＹＣＸ１７￣０５３４)作者简介:何小笛(１９９３－)ꎬ女ꎬ河北邯郸人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事机械设计方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ａｌｉｓａｄｉ＠ｈｈｕ.ｅｄｕ.ｃｎ通信联系人:纪爱敏ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｊａｍ＠ｕｓｔｃ.ｅｄｕＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１－４５５１.２０１８.０６.００３离心通风机内部流场的数值分析∗何小笛ꎬ纪爱敏∗ꎬ彭利平ꎬ龙登燕ꎬ王㊀豪(河海大学机电工程学院ꎬ江苏常州２１３０２２)摘要:针对离心通风机内部流动损失大㊁效率低的问题ꎬ利用有限元软件对风机内部流场规律进行了研究ꎮ首先以风机ＭＥ１０３为例进行了进气试验测试ꎬ确定了ＦＬＵＥＮＴ流体仿真所需的边界条件ꎬ运用ＵＧ软件建立了风机的三维流道模型ꎬ用ＩＣＥＭ软件进行了网格划分ꎬ经ＦＬＵＥＮＴ解算得到了ＭＥ１０３内部流场的三维数值模拟结果ꎻ然后将ＭＥ１０３仿真流场的出口速度与试验数据进行了对比ꎬ得到了两者基本吻合的结果ꎬ验证了数值分析结果的可靠性ꎻ最后通过对工况流量与非工况流量下离心通风机内部仿真流场的分析ꎬ获得了风机内部流场的规律ꎬ提出了该风机性能优化的方案ꎮ研究结果表明:将进气试验测试与数值分析结合的研究方法ꎬ可以进一步阐述风机内部流场的特性ꎬ为同系列高效离心通风机设计及制造提供指导ꎮ关键词:离心通风机ꎻ数值分析ꎻ流场ꎻ进气试验中图分类号:ＴＨ４３ꎻＴＨ１２２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ文章编号:１００１－４５５１(２０１８)０６－０５６６－０６ＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎＨＥＸｉａｏ￣ｄｉꎬＪＩＡｉ￣ｍｉｎꎬＰＥＮＧＬｉ￣ｐｉｎｇꎬＬＯＮＧＤｅｎｇ￣ｙａｎꎬＷＡＮＧＨａｏ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０２２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌａｒｇｅｆｌｏｗｌｏｓｓａｎｄｌｏｗｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎꎬｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｓｉｄｅｔｈｅｆａｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ.ＦｉｒｓｔｌｙꎬｔａｋｉｎｇｔｈｅｆａｎＭＥ１０３ａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｅａｉｒｉｎｌｅｔｔｅｓｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｒｅ￣ｑｕｉｒｅｄｂｙｔｈｅＦＬＵＥＮＴｆｌｕｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｆａｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＵＧｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｍｅｓｈｅｄｂｙｔｈｅＩＣＥＭｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅ３ＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎＭＥ１０３ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｎＦＬＵＥＮＴꎻＳｅｃｏｎｄｌｙꎬｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｅｘｉｔｖｅ￣ｌｏｃｉｔｙｏｆＭＥ１０３ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａꎬｔｈｅｔｗｏｗｅｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓꎻＦｉｎａｌｌｙꎬｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｓｉｄｅｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎｕｎｄｅｒｗｏｒｋｉｎｇｆｌｏｗａｎｄｎｏｎ￣ｗｏｒｋｉｎｇｆｌｏｗꎬｔｈｅｌａｗｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｓｉｄｅｔｈｅｆａｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｆａｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｏｆａｉｒｉｎｌｅｔｔｅｓｔａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｃａｎｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐｌａｉｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｓｉｄｅｔｈｅｆａｎａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓａｍｅｓｅｒｉｅｓｏｆｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓꎻｆｌｏｗｆｉｅｌｄꎻｉｎｌｅｔｔｅｓｔ０㊀引㊀言离心通风机作为一种通用机械ꎬ广泛应用于金属矿山㊁煤炭工业㊁钢铁工业和电力行业ꎮ研究提高风机性能的方法ꎬ减少风机用电量对节约能源具有重要意义ꎮ离心通风机内部复杂的流场备受国内外专家学者的关注ꎬ刘小民等[１]研究了两种内凹式蜗舌对多翼离心风机气动性能的影响ꎬ得出内凹式蜗舌有效的增加了相应风机的流量ꎻ周水清等[２]获得了前弯离心风机集流器最佳的偏心位置ꎻ方挺等[３]对通过改变蜗壳安装位置来提高离心风机性能ꎻ李辉等[４]进行了３组不同叶片数对风机性能影响的探讨的仿真分析ꎻｋｉｍꎬＪｉｎ￣ｈｙｖｋ[５]进行了分离叶片对风机气动性能更有益的分析ꎻＰｏｌａｎｓｋ ꎬＪｉｒí[６]对前向叶片离心风机进行了气动性能预测分析ꎻ简晓书等[７]确定了一款小型后向离心风机叶轮叶片出口宽度尺寸ꎮ这些研究进一步表明离心风机各部件对整机性能有显著影响ꎬ而不同的风机内部流场规律也不尽相同ꎬ当前对于离心内部流场的研究成果通用性不足ꎮ本文主要研究一种新型风机ＭＥ１０３内部流场的规律ꎬ采用风机进口试验测试与数值分析结合的方法ꎬ进一步阐述风机内部流场的特性ꎮ１㊀风机结构及测试结果分析本次研究用风机是某公司型号为ＭＥ１０３的一款离心通风机ꎮ该风机结构示意图如图１所示ꎮ图１㊀离心通风机ＭＥ１０３示意图１ 集流器ꎻ２ 蜗壳ꎻ３ 叶轮ꎻ４ 电机ꎻ５ 底座该离心风机主要是由叶轮㊁蜗壳㊁电机以及集流器㊀等几部分组成ꎮ叶轮为平盘式ꎬ采用后向型叶片ꎬ蜗壳的气流出口处采用圆形出口ꎬ与传统的离心风机矩形出口不同ꎬ在进行性能分析的过程中要充分考虑到圆形出口对于风机流体损失的影响ꎮ根据国家标准ＧＢ/Ｔ１２３６￣２０００ꎬ笔者对该风机进行了进气试验ꎬ测试如图２所示ꎮ图２㊀离心风机ＭＥ１０３进气试验本研究按照风机手册[８]对试验结果进行转换计算ꎬ得出风机的气动性能测试结果ꎬ离心风机ＭＥ１０３进气试验测试结果如表１所示ꎮ试验是在大气气压１０１３７０Ｐａꎬ空气密度为１.１９ｋｇ/ｍ３ꎬ温度２２.２ħ的条件下进行的ꎮ从表１中可以得出ꎬ该风机效率最高约为７５.５６％ꎬ对应工况空气流量约为１３００ｍ３/ｈꎬ风机全压达到２０１９Ｐａꎬ转速为２９３７ｒ/ｍｉｎꎬ进气口气流的平均速度为１４.０９ｍ/ｓꎬ进气口静压为－１７９４.７９Ｐａꎮ对于进气口风机测试试验ꎬ由于风机出口与大气直接相连ꎬ因而风机出口处静压为０ꎮ在工作流量为５６０ｍ３/ｈ处ꎬ风机全压达到２５１４Ｐａꎬ转速２９６４ｒ/ｍｉｎꎬ进口速度６.０２ｍ/ｓꎬ进气口静压为－２４７２.０６Ｐａꎮ表１㊀离心风机ＭＥ１０３进气试验测试结果转速/(ｒ ｍ－１)进口平均速度/(ｍ ｓ－１)出口平均速度/(ｍ ｓ－１)进口静压/Ｐａ流量/(ｍ３ ｈ－１)全压/Ｐａ效率η/％２９７６２.２４４.８５－２５３９.７９２０７.６３２５４６２２.２７２９６９３.９２８.４８－２５３９.７９３６２.９３２５５７３５.９０２９６４６.０２１３.０４－２４７２.０６５５７.９３２５１４５１.７７２９５４８.２６１７.８９－２３３６.６１７６５.３３２４１４６１.５８２９４６１１.０５２３.９３－２０９９.５６１０２３.５６２２３８７１.７０２９４１１３.０８２８.３２－１８９６.３８１２１１.２２２０９０７４.４８２９３７１４.０９３０.５１－１７９４.７９１３０５.０４２０１９７５.５６２９３５１４.８５３２.１５－１６９３.１９１３７５.３３１９４１７５.０９２９３３１５.７５３４.１０－１５５７.７４１４５８.５１１８３６７３.３２２９３３１６.４２３５.５６－１４５６.１５１５２１.１５１７５９７３.０８２９３１１６.９２３６.６５－１３８８.４２１５６７.５８１７１０７２.７４２９２９１９.０６４１.２７－９４８.１９１７６５.４６１３５６６３.５２２㊀数值分析模型２.１㊀流道几何模型首先笔者采用三维建模软件ＵＧꎬ对离心风机进行几何建模ꎬ建模过程中ꎬ对原有风机几何模型进行简化ꎬ忽略一些次要的倒角㊁圆角特征以及一些间隙ꎮ之后在此基础上进行离心风机流道建模ꎬ流道几何模型即是空气从离心风机进风口到出风口的过程中ꎬ气体７６５ 第６期何小笛ꎬ等:离心通风机内部流场的数值分析流过空间的三维模型ꎮ将流道模型分为进风口流道㊁叶轮流道以及蜗壳流道３个部件模型ꎬ最终装配在一起形成离心风机流道模型ꎮ为保证进口气流的真实工况ꎬ特别将进口流道模型拉伸了２００ｍｍꎮ流道模型如图３所示ꎮ图３㊀离心风机ＭＥ１０３流道模型２.２㊀网格模型笔者在完成风机流道模型后将其保存成ｓｔｐ格式ꎬ导入到前处理器ＡＮＳＹＳＩＣＥＭＣＦＤ中进行网格划分ꎮ其中集流器以及进口管道流道模型部分采用六面体网格ꎬ叶轮流道以及蜗壳流道采用非结构网格划分方法[９]ꎮ风机叶轮主要尺寸为流道进气口直径１４０ｍｍꎬ流道外径为３８０ｍｍꎬ厚度为４０ｍｍꎻ蜗壳流道的厚度为１０２ｍｍꎬ螺旋线相对于３０ｍｍ的等边基方的最大半径和最小半径分别为２１６.６ｍｍ和４１３ｍｍꎮ划分网格时ꎬ将进口流道㊁叶轮流道以及风机流道的Ｅｌｅｍｅｎｔｓｉｚｅ分别设置为５ｍｍ㊁２ｍｍ和３.５ｍｍꎮ风机流道模型共划分为５.５７ˑ１０６个网格单元ꎬ其中叶轮流道网格２.９２ˑ１０６ꎮ风机流道网格模型如图４所示ꎮ图４㊀风机流道网格模型为保证数值模拟结果的可靠性ꎬ笔者对叶轮和蜗壳流道的网格进行了细化ꎬ验证了风机的网格无关性ꎮ完成网格划分后ꎬ对离心风机相应的表面ꎬ包括进风口㊁出风口以及风机的壁面等进行标记ꎮ２.３㊀数值方法及边界条件确定在完成风机流道网格划分后ꎬ笔者主要通过ＦＬＵ￣ＥＮＴ对风机流场进行数值计算以及风机内部流场分析ꎮ根据进气试验过程中的空气条件对流场对应的空气参数进行设置ꎮ速度与压力耦合方式选择ＳＩＭＰＬＥ算法ꎬ采用湍流模型对旋转区域与非旋转区域进行耦合计算[１０￣１２]ꎮ对风机流道进行冻结转子法(ｍｕｌｔｉｐｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅꎬＭＲＦ)[１３￣１４]ꎬ也就是多坐标参考系设置ꎮ由于要对两个不同流量下的风机流场进行分析ꎬ笔者分别进行相应参数的设置ꎮ对于叶轮流道ꎬ分别添加２９３７ｒ/ｍｉｎ㊁２９６４ｒ/ｍｉｎ旋转速度ꎬ蜗壳流道以及集流器流道静止不动ꎮ对于边界条件的设置ꎬ集流器进口采用速度进口ꎬ分别设置速度为１４.０９ｍ/ｓ㊁６.０２ｍ/ｓꎬ静压为－１７９４.４９Ｐａ㊁２４７２.０６Ｐａꎻ蜗壳流道出口处采用压力出口ꎬ即设定出口的静压为０ꎻ将集流器与叶轮流道ꎬ叶轮流道与蜗壳流道的接触面设置为交界面(ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ)ꎻ叶轮流道的壁面设置旋转速度与叶轮流道相关ꎬ滑移速度设置为０ꎻ蜗壳以及集流器其他的面都设置为固定壁面ꎮ３㊀流场状态分析本研究完成相应的边界设置ꎬ将流场初始化ꎬ分别计算出离心通风机内部各流道在工作流量１３００ｍ３/ｈ㊁５６０ｍ３/ｈ处的速度与压力分布详情ꎮ３.１㊀数值分析结果与测试结果对比由于对于离心风机进行的是进气试验ꎬ在添加边界条件的过程也是按照进气试验所得数据进行设定的ꎬ这就导致离心风机的流场仿真反映的是风机进行进气口试验时内部流场的详情ꎮ在进行流场分析前需要先对流场仿真结果进行验证ꎮ进气口测试试验得出离心风机进气口气流速度以及表压值ꎬ在根据风机手册进行数据转化ꎬ最终得出在工作流量１３００ｍ３/ｈ㊁５６０ｍ３/ｈ处ꎬ离心风机出口平面的平均速度分别为３０.５１ｍ/ｓ㊁１３.０４ｍ/ｓꎮ在进行仿真分析过程时ꎬ本研究将风机叶轮轮盘外表面与叶轮轴线相交点设置为原点ꎬ建立了以轮盘外表面为ＸＹ平面ꎬ叶轮轴线为Ｚ轴的坐标系ꎮ风机出口平面在工作流量１３００ｍ３/ｈ㊁５６０ｍ３/ｈ处ꎬ在Ｚ轴对应坐标的速度分布分别如图５㊁图６所示ꎮ例如在出口平面上有一条线段的坐标是ｚ＝０ꎬ划分网格的过程可以看作这条线段分为很多点组成ꎬ而每个点的速度不同ꎬ最终形成图５和图６所示的速度分布图ꎮ经分析ꎬ出口速度数值分析结果与试验测试结果相符ꎬ即表示出口动压以及风机全压与试验结果基本相符ꎮ在此基础上ꎬ可以进行风机内部流场速度分布和压力分布的分析ꎮ８６５ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３５卷图５㊀工作流量１３００ｍ３/ｈ时出口速度分布图６㊀工作流量５６０ｍ３/ｈ时出口速度分布３.２㊀速度场分析离心通风机分别在工作流量１３００ｍ３/ｈ㊁５６０ｍ３/ｈ时的风机内部速度分布图如图７所示ꎮ(ａ)流量１３００ｍ３/ｈ时速度分布(ｂ)流量５６０ｍ３/ｈ时的速度分布图７㊀离心通风机速度分布首先从速度范围进行分析ꎬ风机在工况流量１３００ｍ３/ｈ处的最大速度７３.８ｍ/ｓ大于风机在流量５６０ｍ３/ｈ处的最大速度６９.８ｍ/ｓꎬ结合速度分布图可以发现流量大时流场相应的速度值也偏大ꎮ气流在蜗壳处的速度分布特征为在叶轮与蜗壳交接面处较为紊乱ꎻ气流在蜗壳出口处速度的变化梯度最大ꎻ最大的气流速度出现在蜗舌处ꎻ在蜗壳型线起始端ꎬ气流发生较为明显的气流逆流现象ꎻ经过蜗舌部分的气流在出口前出现涡流现象ꎻ在蜗壳轮廓型线处ꎬ出现气流大面积速度大致相同ꎬ气流方向也较为紊乱ꎮ离心通风机叶轮分别在工作流量１３００ｍ３/ｈ㊁５６０ｍ３/ｈ时的内部速度分布图如图８所示ꎮ(ａ)流量１３００ｍ３/ｈ时速度分布(ｂ)流量５６０ｍ３/ｈ时的速度分布图８㊀风机叶轮处速度分布风机叶轮作为风机最为关键的部分ꎬ风机叶轮的性能一定程度反映了风机的整体性能ꎮ通过对两种不同流量下的叶轮速度分布进行分析ꎬ可以发现ꎬ大流量下叶轮中的整体速度较大ꎬ在工况流量１３００ｍ３/ｈ处ꎬ气流在叶轮轮盖入口处产生涡流ꎬ在叶轮出口处ꎬ尤其是在蜗壳出口相反的一侧ꎬ产生特别明显的涡流现象ꎮ而在非工况流量下ꎬ可以发现气流的紊乱主要发生在气流从集流器流道进入叶轮流道的过程ꎮ３.３㊀压力场分析离心风机流场和叶轮流道流场分别在工作流量１３００ｍ３/ｈ㊁５６０ｍ３/ｈ处的静压分布详情如图９㊁图１０所示ꎮ９６５ 第６期何小笛ꎬ等:离心通风机内部流场的数值分析(ａ)流量１３００ｍ３/ｈ时静压分布(ｂ)流量５６０ｍ３/ｈ时的静压分布图９㊀风机流场的静压分布(ａ)流量１３００ｍ３/ｈ时静压分布(ｂ)流量５６０ｍ３/ｈ时的静压分布图１０㊀风机叶轮流场的静压分布从图中可以看到:由于离心风机是按照进气试验过程中的离心风机流场状态进行仿真ꎬ因而在风机出口处气流和大气层相同ꎬ静压为０ꎬ而在进气口时ꎬ风机的静压为负ꎮ风机最大静压出现在蜗壳流道外侧ꎬ尤其是气流出口的相反侧静压最大ꎬ与速度分布图相对比也可以发现静压增大的主要原因是随着流道体积的变大ꎬ速度减小ꎮ而在蜗壳的气流出口处ꎬ气流速度增大静压逐渐较小ꎮ在蜗壳的蜗舌处ꎬ出现静压为负ꎬ以及气流经过蜗舌处后静压相对较低ꎬ表明在蜗舌部分ꎬ静压有所减小ꎬ能量损失较为明显ꎮ对比风机集流器进口可以发现ꎬ风机在工作流量为５６０ｍ３/ｈ处时ꎬ进口静压的负压值更小ꎬ表明风机在低流量处产生更大的吸力ꎮ风机的功率是和风机的结构㊁性能相关的变量ꎬ因而在实际运用风机的时候ꎬ需要综合所需流量和压力以及风机的性能来进行选择ꎮ在叶轮静压分布图中ꎬ可以观察到由于叶轮叶片的旋转对气流不断地做功ꎬ风机的静压值是逐步递增的ꎮ在叶轮进气口处ꎬ叶片的背压面有明显的边界层出现ꎬ结合速度矢量图可以发现ꎬ贴近该壁面处出现速度倒流ꎬ产生分离损失ꎮ离心风机流场和叶轮流道流场分别在工作流量１３００ｍ３/ｈ㊁５６０ｍ３/ｈ处的全压分布详情如图１１㊁图１２所示ꎮ(ａ)流量１３００ｍ３/ｈ时全压分布(ｂ)流量５６０ｍ３/ｈ时的全压分布图１１㊀风机流场的全压分布离心风机的全压值为风机出气口的全压值与风机进气口的全压值的差值ꎮ风机出口处的全压与气流在出口处的速度相关ꎬ在进气试验过程中的风机流场中ꎬ风机出口处的全压就是风机的动压ꎮ结合风机叶轮全０７５ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３５卷压图ꎬ在接近叶轮流道最外侧时全压值最大ꎬ主要是因为在该处风机叶轮流道截面积变大ꎬ产生较典型的二次流损失[１５]ꎬ在背离风机气流出口的叶轮侧此现象更为明显ꎮ在风机非工况流量处工作时ꎬ二次流现象更为明显ꎮ在叶轮流道进口处ꎬ工作流量下风机进口低压区主要集中在轮盘进口的局部ꎬ而非工作流量下风机的叶轮流道进口处出现大面积低压区域ꎬ表明非工况流量下风机的效率较低主要是受气流从集流器流道流入叶轮流道过程中的冲击损失影响ꎮ(ａ)流量１３００ｍ３/ｈ时全压分布(ｂ)流量５６０ｍ３/ｈ时全压分布图１２㊀风机叶轮流场的全压分布４㊀结束语本研究针对一种新型风机ＭＥ１０３ꎬ提出以进气试验与ＦＬＵＥＮＴ仿真相结合的方法来探索其内部流场的规律ꎬ结果表明:(１)该离心风机蜗壳张度不够大ꎬ叶轮在蜗壳中的安装位置不佳ꎬ导致叶轮在出口侧伸出长度不够ꎬ蜗舌间隙过大ꎬ增大了风机的流动损失ꎻ(２)平盘式的风机叶轮设计ꎬ致使叶轮流道内截面积逐步增加ꎬ在叶轮流道出口处极易产生二次流ꎬ增㊀大流体损失ꎬ但考虑到该叶轮为装配型叶轮ꎬ在工艺上较难实现锥形叶轮ꎬ可以考虑轮盖开隙的优化方法ꎻ(３)通过对比工况流量下和非工况流量下风机的速度矢量图㊁静压和全压分布矢量图ꎬ得到了风机流量对效率影响的主要因素ꎬ得到了风机内部流场的一般规律ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀刘小民ꎬ魏㊀铭ꎬ杨罗娜ꎬ等.内凹式蜗舌对多翼离心风机气动性能和噪声影响的研究[Ｊ].西安交通大学学报ꎬ２０１７ꎬ５１(１２):１￣８.[２]㊀周水清ꎬ李㊀辉ꎬ王㊀军ꎬ等.集流器偏心对前弯离心风机气动性能影响分析[Ｊ].工程热物理学报ꎬ２０１５ꎬ３６(７):１４６６￣１４７０.[３]㊀方㊀挺ꎬ杨㊀昕ꎬ温选锋ꎬ等.改变蜗壳安装位置提高多翼离心风机性能的试验研究与数值分析[Ｊ].流体机械ꎬ２０１３ꎬ４１(９):１￣６.[４]㊀李㊀辉ꎬ王㊀军ꎬ周水清ꎬ等.叶片数对多翼离心风机性能影响的分析[Ｊ].风机技术ꎬ２０１７ꎬ５９(２):１９￣２２.[５]㊀ＫＩＭＪＨꎬＣＨＡＫＨꎬＫＩＭＫＹꎬｅｔａｌ.ＮｕｍｅｒｉｃａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａ￣ｔｉｏｎｏｎＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＦａｎｗｉｔｈＳｐｌｉｔｔｅｒＢｌａｄｅｓ[Ｊ].ＩＪＦＭＳꎬ２０１２ꎬ５(４):１６８￣１７３.[６]㊀ＰＯＬＡＮＳＫ ＪꎬＧÁŠＰÁＲＲ.ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＣｅｎ￣ｔｒｉｆｕｇａｌＦａｎｗｉｔｈＦｏｒｗａｒｄＣｕｒｖｅｄＢｌａｄｅｓ[Ｃ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＡＳＭＥ２０１２ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｇｒｅｓｓａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎꎬＨｏｕｓｔｏｎ:ＡＳＭＥꎬ２０１２.[７]㊀简晓书ꎬ陈㊀强ꎬ赛庆毅ꎬ等.小型后向离心风机叶轮叶片出口宽度对性能的试验分析[Ｊ].风机技术ꎬ２０１７ꎬ５９(５):７１￣７６.[８]㊀续魁昌ꎬ王洪强ꎬ盖京方.风机手册[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１０.[９]㊀张吉礼ꎬ马良栋ꎬ任晓东.Ｇｈｏｓｔ离心叶轮内部湍流流动数值模拟[Ｊ].流体机械ꎬ２００９ꎬ３７(３):１９￣２３.[１０]㊀徐立章ꎬ于丽娟ꎬ李耀明ꎬ等.双出风口多风道离心风机内部流场数值模拟[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１４ꎬ４５(１０):７８￣８６.[１１]㊀丁问司ꎬ何祥滨.吸粮机三级离心风机内部流场的数值模拟[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１１ꎬ２７(１１):７８￣８４.[１２]㊀杨国来ꎬ张婧芳ꎬ叶建中.黑水调节阀固液两相流数值模拟及内流场分析[Ｊ].液压气动与密封ꎬ２０１６(１２):４￣７.[１３]㊀杨华运.对旋风机轴向间隙变化对内流特性影响的数值分析[Ｊ].风机技术ꎬ２０１６ꎬ５８(４):３４￣３７.[１４]㊀ＥＮＤＡＬＥＷＡＭꎬＤＥＢＡＥＲＣꎬＲＵＴＴＥＮＮꎬｅｔａｌ.ＡｎｅｗｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＣＦＤｍｏｄｅｌｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｔｏｗａｒｄｓａｉｒ￣ａｓｓｉｓｔｅｄｏｒ￣ｃｈａｒｄｓｐｒａｙｉｎｇ.ＰａｒｔＩ.ｍｏｄｅｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｎｓｐｒａｙｅｒａｉｒｆｌｏｗ[Ｊ].Ｃｏｍｐｕｔ￣ｅｒｓ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｉｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬ２０１０ꎬ７１(２):１２８￣１３６.[１５]㊀成心德.叶片式泵 通风机 压缩机(原理㊁设计㊁运行㊁强度)[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１１.[编辑:张㊀豪]本文引用格式:何小笛ꎬ纪爱敏ꎬ彭利平ꎬ等.离心通风机内部流场的数值分析[Ｊ].机电工程ꎬ２０１８ꎬ３５(６):５６６－５７１.ＨＥＸｉａｏ￣ｄｉꎬＪＩＡｉ￣ｍｉｎꎬＰＥＮＧＬｉ￣ｐｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ３５(６):５６６－５７１.«机电工程»杂志:ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｍｅｅｍ.ｃｏｍ.ｃｎ１７５ 第６期何小笛ꎬ等:离心通风机内部流场的数值分析。
机械设计基础机械设计中的离心风机设计
机械设计基础机械设计中的离心风机设计机械设计基础——机械设计中的离心风机设计机械设计中的离心风机设计机械设计作为工程领域中的重要一环，对于离心风机的设计尤为关键。
离心风机作为一种常见的流体机械，广泛应用于工业生产和环境控制领域。
本文将从机械设计的角度分析离心风机的设计过程。
一、离心风机的基本原理离心风机通过转子的高速旋转产生离心力，从而使气体在离心力的作用下产生压力，并产生气流。
离心风机主要由壳体、转子和叶轮等组成。
在离心风机的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1. 流体力学分析：通过流体力学的分析，确定离心风机的叶轮几何参数，包括叶片数目、叶片厚度和叶片角度等。
2. 系统特性分析：根据离心风机所应用的具体场景，确定其需要满足的一些特性，比如压力、流量和效率等。
3. 结构设计：在离心风机的结构设计中，需要考虑叶轮和转子的材料选择、叶片与叶轮的连接方式以及壳体的结构强度等。
4. 运行参数选择：根据离心风机的使用环境和要求，选择合适的运行参数，包括转速、功率和风量等。
二、离心风机的设计流程1. 分析需求：首先，需要对离心风机的使用需求进行详细的分析，包括工作场景、使用条件和性能要求等。
2. 选择叶轮类型：根据离心风机的具体应用场景和气体性质，选择合适的叶轮类型，包括前弯叶轮、后弯叶轮和直叶轮等。
3. 确定流量和压力：根据系统的流量要求和压力需求，确定离心风机需要满足的工作参数。
4. 计算叶轮几何尺寸：通过流体力学的理论计算和实验数据的分析，确定离心风机叶轮的几何尺寸，包括主要的叶片参数和叶轮的直径等。
5. 结构设计：根据叶轮几何尺寸和运行参数，设计离心风机的结构，包括转子、壳体和支撑结构等。
6. 选定材料和加工工艺：根据离心风机的工作环境和要求，选择合适的材料，并确定相应的加工工艺。
7. 进行模拟和优化：通过计算机辅助设计软件对离心风机进行模拟和优化，以提高其性能和效率。
8. 制造和调试：根据设计图纸和参数，进行离心风机的制造和组装，并进行试运行和调试。
基于离心风机内流场数值分析的优化设计
的拼焊板』 ２ ７ ２ — ２ ７ ６ ．
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豳长沙 中联 重科 环境产业 有限公司 研发 中心
姜方宁／ Ｊ Ｉ Ａ ＮＧ Ｆ ａ ｎ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ 张
摘
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physics create" p ressure_inlet15" btype" PRESSURE_
INL ET" 上面两个语句为设定 "WALL "和 " PRESSURE_ IN2
LET"边界条件 。 因此 , 通过改变参数 , 可以快速地由 GAMB IT运
压力约为 728Pa, 则风机全压 p (出口压力 728Pa 减 去进口压力 200Pa) 为 528Pa, 按照全压系数公式 p = p / ( v2ρ) = 111 (其中 v为叶轮外径圆周速度 , ρ为空 气密度 ) , 与图 5的关系曲线图基本相吻合 。
图 1 叶片的三种基本形式 本文针对前向叶轮不同的叶片形状和圆弧形叶片 不同的出口角度 , 利用 FLUENT软件对二维离心风机 流场进行有限元数值模拟 , 改变出口角度进行参数化 设计 , 并得出全压系数与叶片出口角的关系图 , 并与 试验结果曲线图进行比较 , 对叶片出口角进行优化 。
收稿时间 : 2004 - 07 - 06
tion were p rovided. The capability parameters of the different specifications of the fan were quickly gotten for by op tim ization desig2
n ing.
Keywords: Centrifugal fan; A irflow field; CFD; Parameter
(4) 通过参数化设计 , 改变叶片的出口角度 , 得出的全压系数随出口角度的降低而降低 , 变化规律 与试验关系图相吻合 。
(5) 由于分析的是二维风机 , 没有考虑涡壳两 端面对流场的影响 , 因此存在一定误差 。本文为三维 的 CFD 流场分析奠定了基础 。 参考文献 【1】沈阳鼓风机研究所 , 东北工学院流体机械教研室 1离
0 前言 叶轮是通风机的心脏部分 , 它的尺寸和几何特性
对通风机的特性有着重大的影响 。离心式通风机的叶 轮一般由前盘 、后盘 (中盘 ) 、叶片和轴盘等组成 。 由于叶片的出口安装角和叶片形状的不同 , 叶轮结构 形式也有所不同 。根据叶片出口角 , 可分为前向 、后 向和径向三种形式 。叶片出口角度大于 90°的叫前向 叶轮 ; 等于 90°的叫径向叶轮 ; 于 90°的叫后向叶 轮 , 如图 1所示 。
参数化建模实现获取离心风机结构参数后自动创 建几何模型和划分网格 。以下摘取的是程序的一部分 语句 。
＄ yep ian_count = 44 face cmove " face11" multip le (＄ yep ian_count - 1) dangle (360 /＄ yep ian_count) vector 0 0 1 origin 0 0 0 参数＄ yep ian_count表示叶片的数目 , 通过它控 制建模时叶片旋转复制的数目和角度 。 ＄ B = 160 face move" face11" dangle ＄ B vector 0 0 0101 ori2 gin 010220623 01066109501 0 参数＄ B 用来控制叶片的出口角度 , 本文后面 将通过改变叶片出口角度来比较风机全压系数 。 ＄ mesh_size = 01003 face mesh " face145 " " face146 " " face147 " triangle size ＄ mesh_size 参数＄ mesh_size表示风机的网格尺寸 。
《机床与液压 》20051No12
·65·
离心风机的流场分析和参数化设计
邹建煌 1 , 杜群贵 1 , 谢在玉 2
(11华南理工大学交通学院 , 广东广州 510640; 21鲁东大学交通学院 )
摘要 : 运用 FLUENT有限元软件对离心风机流场进行模拟 , 给出了数值模拟结果 , 并采取参数化设计方法快速得出各 种几何参数下风机的性能参数 , 并对其进行了优化设计 。
行 journal文件 , 自动进行网格剖分和设定边界条件 , 直接导出 mesh文件 。 4 不同出口角度的弧形叶片的全压系数
通过改变 journal文件中的参数 , 来改变叶片的 出口角度 , 快速生成网格文件 , 导入 FLUENT中进行 求解 。图 8 ～ 11 分 别 为 出 口 角 度 为 160°、 140°、 120°、100°时的叶片出口压力分布图 。其出口最大压 力分别为 900Pa、750Pa、650Pa、500Pa, 从出口位置
1 弧形叶片风机的流场模拟结果 图 2为某弧形叶片风机的有限元模型图 , 其叶片
出口角度为 160°, 叶轮外径为 150mm, 气体为空气 , 密度为 1129kg/m3 , 转速为 2492 r/m in, 进口压力为 200Pa。图 3、4分别为风机求解后的压力云图和速度 矢量图 , 图 5为参考文献 [ 1 ] 所提供的试验得出的 全压系数与叶片出口角的关系图 , 图 6为出口压力分 布图 , 由图可以看出气体在流道中的流动情况 , 气体 垂直于风机轴流经叶轮叶片构成的流道 , 涡壳将叶轮 甩出的气体集中导流 , 从出气口排出 。当气体通过旋 转叶轮的叶道间时 , 由于叶片的作用 , 气体获得能 量 , 即气体压力提高和动能增加 。出口位置最大压力 为 900Pa, 从出口位置的最左端到平齐涡舌处 , 平均
关键词 : 离心风机 ; 气流场 ; 有限元 ; 参数化 中图分类号 : TH122 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3881 (2005) 2 - 065 - 2
CFD Ana lysis and Param eter D esign of Cen tr ifuga l Fan ZOU J ian2huang1 , DU Qun2gui1 , X IE Zai2yu2
心式通风机 1机械工业出版社 , 1980191 【2】李庆宜 1通风机 1机械工业出版社 , 1981191 【3 】 Cao S L , A Goulas, K. Yakinthis, et a l. Numerical
Simulation of Three - D imensional Turbulent flow in a Centrifugal Pump Impeller. In: Proceedings of the Third International Conference on Pump and Fans, Beijing, 1998: 411～4181 【4】FLUENT 610 Documentation, Fluent Inc. 20011121031 作者简介 : 邹建煌 , 男 , 1976 年出生 , 硕士研究生 , 研究 方 向 : 机 械 现 代 设 计 方 法 。 E - mail: ctqgdu @ scut1edu1cn。
(11College of Traffic and Communications, South China Univ. of Tech. , Guangzhou 510640, China;
21Communication College, Ludong University, China)
Abstract: The internal flow of centrifugal fan was simulated by means of FLUENT software and the results of the numeric simula2
的最左端到平齐涡舌处 , 平均压力分别约为 728Pa、 615Pa, 、545Pa、480Pa, 风机全压 p为出口压力减去 进口压 力 ( 200Pa ) , 分 别为 528Pa、 415Pa、 345Pa、 280Pa, 按照全压系数公式 p = p / ( v2ρ) , 计算出全压 系数分别为 111, 019, 0175, 0161, 全压系数随叶片 出口角度的降低而降低 , 变化规律基本符合图 5的压 力系数与叶片出口角的关系曲线图 。根据离心风机全 压的设计要求 , 选取合适的叶片出口角度 。
5 结论 (1) 利用 FLUENT有限元软件能很好地模拟离 心风机流场 , 计算出风机的性能参数 。
(2) 弧形叶片的全压系数比直叶片的全压系数 要高 , 因此高压系列的通风机一般采用弧形弯曲叶 片。
(3) 参数化建模实现获取离心风机结构参数后 自动创建几何模型和划分网格 , 通过改变参数 , 可以 快速有效地由 GAMB IT软件运行 journal文件 , 自动 进行网格剖分和设定边界条件 , 生成网格文件 。
2 弧形叶片与直叶片的出口压力比较
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《机床与液压 》20051No12
弧形叶片和直叶片在其它几何参数相同的条件下 的出口压力沿着出口位置的分布图如图 6、 7 所示 , 由图可以看出 , 弧形叶片的压力分布曲线比直叶片的 压力分布曲线过渡得更圆滑 , 弧形叶片最高出口压力 为 900Pa, 而直叶片最高出口压力才 300Pa, 弧形叶 片的全压系数比直叶片的全压系数要高 , 因此 , 高压 系列的通风机一般采用弧形弯曲叶片 。 3 离心风机的参数化设计