基于Fluent轴流式风机内部流场分析

基于Fluent轴流式风机内部流场分析◊安徽理工大学机械工程学院代以吴宪陈鸿宇杨文杰

以某型号轴流式风机为研究对象，用Gambit构建出轴流

式风机内部流场分析的有限元模型，将模型导入Fluent,设

置分析条件和边界条件后求解，得出风筒出口处的压力与速

度云图，并通过计算得出轴流式风机的各项性能指标。

风机使用面广，种类繁多，在工业生产中利用风机产生的

气流做介质进行工作，可实现清选、分离、加热烘干、物料输 送、通风换气、除尘降温等多种工作，渐渐成为人们生产生活 中不可或缺的动力机械设备。风机内部形成复杂的湍流流场，所以为了设计出满足实际生产生活要求的风机，就需要对风机 内部流场进行有限元分析，以获得风机各项功能指标。

1建立有限元模型

本文选取某型号轴流式风机进行流场分析，在solidworks中脸翻，翻结构雜如表1所示〇

轮毂比径向间隙叶片数叶片安装角出风口直径电机转速

0.463mm S53。1100mm2920r/min

表1

在Gambit中建立轴流式风机流场分析的有限元模型。在划 分网格时，由于轴流式风机内部流道结构复杂，集流器进口和 风筒出口处的结构较为简单，所以需要将整个流道划分成不同 区域，另外，叶轮处是旋转区域且存在叶片空间扭曲等复杂流 道，需要对该区域单独划分并加密处理。因此采用非结构性网 格和结构性网格相结合的方法进行网格划分。轴流式分级计算 区域网格的戈扮如图1所示。在设置边界条件时，将集流器进口 处设置为压力入口，风筒出口设置为压力出口，将叶轮区域流 体运动类型设置为动参考系模型（MRF),该区域的壁面边界 条件类型®*为旋转壁面（Movingwall)，旋转轴为X轴。然后 导出mesh文件。

2 Fluent求解

打开FhientH维求解器，导入mesh文件，检查网格，體模型材料为空气，采用标准的k-e模型作为计算模型，环境压强 设为101325 Pa,重力影响忽略不计，设置旋转轴的转速为2920 r/min,进行求解0

图1计算区域网格划分

图2风筒出口处动压云图

图4风筒出口处静全压云图

-0.6-0.4-0.200.2 0.4 0.6

图6风筒出口径向速度云图

3结果分析

图3风筒出口处静压云图

图5风筒出口轴向速度云图

图7风筒出口切向速度云图动酿现的敗流速度的大小，由图2可以看到，动压在中 心位置很低，沿径向渐渐变高。另外风筒内壁处存在厚度较薄 的蓝色的动压低压区，这是因为在壁面处有边界层，最底层气 流速度为0。同样因为导流叶两侧同样存在边界层，在其作用 下，导致高压区域不连续，呈现扑对称的低压区域。静压为气 流团内部的压力，由图3可以看到，静压同样沿径向渐渐变高，但是由于叶顶高速气流碰撞到壁面后，气流速度降低，甚至反 向。气流在此挤压收缩，因此静压急剧提升，会出现风筒内壁 处静压明显増大的现象。总压为动压与静压之和，由于平均动 压远大于静压，因此总压呈现与动压相似的压力分布，如图4所不〇

由图5可知，轴向速度在中心处较小，沿径向方向渐渐增 大。同样地，由于边界层的存在，在外风筒内壁处，形成了很 薄的，速度很低的气流层。同动压云图一样，由于导流叶的作 用，云图呈现对称且不连续性。径向速度反映的是出口气流的 横向流动，而切向速度则反映了气流绕风机轴线（下转120页

）

为支撑，使学生具备以操作能力为主的基 础实践能力，通过实际操作和应用来发现 和解决问题；社会调查通过实地调査研 究，促使学生去验证和解决课程中遇到理 论性问题；参継习的目的是使得学生对 做学专业知识有进一步的实践性认识，主 要通过老师带团参观与专业相关的校外单 位等^a行。

(2 )专业实践环节。专业实践环节 是在经过专业知识的系统学习之后，进入 到运用所学知识进行学科探索的阶段。专 业实践阶段主要包括课程设计、项目实践 和专业实训。其中，课程设计部分主要培 养学生的提出、分析和解决问题和初步形 成专业综合能力。学生在课堂学习时间有 限，不可能完全掌握学科专业知识，所以 项目实践环节可以使学生根据自己的特长 和兴趣，选择某一专业项目，并在教师的 指导和同学的帮助下，以项目小组的形式 a a互帮互学的城，培养团队精神和融 会多学科知识的能力。专业实训主要采用 校企结合的形式，由学校老师和企业老师 共同指导和引导学生，走到实际的工作环 境中去，使学生亲身体会未来工作的状 态，帮助学生及早的适应工作环境，使其 满足行业需求。

⑴综合实践环节。综合实践环节 主要包括学科竞赛、毕业实习和毕业设 计，其越培养学生的综合实践能力和创 新能力。其中，学科竞赛主要是®a教师 辅导下的学生参与本专业各类学科竞赛活 动的形式，锻炼和提高学生把理论知识与 实践能力相结合的能力。为了能让学生在 毕业实习的时候尽快进入工作状态，适应 真实的工作环境，毕业实习是学生自己参 加到相关企业部门中去，并没有教师从旁 指导，学生真正的投入到实际工作中，发 挥自己的综合能力，解决问题，给企业创 造经济效益。学生在毕业实习中，积累工 作经验，为就业做准备。并通过书写毕业 实习报告，使学生对所学专业知识进行总结和升华，综合实践为学生创新能力培养

提赂件。

3.2全方位的环境资源为实践教学体

系提供保障

(1)完善实践教学管理机制。完善

实麟学管理机制是职业院校实■学体

系构建的前提条件。适合创新创业型人才

培养的实践教学体系包括分级组织管理、

教賴度管理、运衍平體理和反馈机制

等方面的内容。傭组织管理越是职业

院校实_学管理实行的院校】管理体

制，由学校负责对实践教学制定相应的管

理办法和措施，二M学院负责实g学的

组织和实施。教学制度管理主要是职业院

校的学生须按照专业教学计划，■实践

教学制度，实行“弹性学分制'以保证

学生可以通过多种方式获得学分，并保证

学生创新能力的最大化狐运行评价管

理和反馈机制则是建立起包括学科专业资

源、软硬件条件、校内夕卜实训实习基地等

实验教学资源有效利用和共享开放的机

制，以及实臟学的紗环节制定相应的

反馈机制，保证实践教学资源得到最大的

有效利用，促进实践教学质量的提高，并

起监督与指导作用。

(2)实践教学基地建设。实践教学

基地建设是保障各类职业财院校实践教

学环节能在实践场所顺利开展的重要工

作。按照其所在位置，可将其分为校内实

训基地建设和校外实习基地建设两类。其

中，校内实训基地主要以本校师生为对

象，□取校企结合的模式，在校内开设企

业培训课程，进行企业模拟实践项目。校

外实习基地需要根据企业需求和企业中对

应的辅导人员的安排，使学生参与到企业

的生产环节中，并对其进行实习教学环节

的管理和指导。作为有重要作用的实践教

学基地，其建财平与培养学生的实践能

力、创新和创业能力关系密切，因此，建

设优质、稳定的实践教学基地是推进职业

院校实践教学改革的鉢环境保障。

(3)高素质的实践教学师资队伍。

作为培养人才的主要实践者，师资队伍的

素质对人才培养具有非常重要的作用。因

此，以培养新型创新和创业人才为目标，

通过各种培训和培养方式，提高教师的理

论水平、实践能力和教学水平，建设高素

质的实践教学师资队伍，是提高和完善职

业技术院校实践教学环节各项工作的重中

之重。

4结语

在实践教学过程中构建实践教学体

系，是职业院校人才培养的重要载体，对

实现职业院校创新创养具有輕

意义。职业院校实践教学体系建设是一项

长期而艰巨的任务，它的构建需要社会各

界的全力支持，才能培养出具有高技能、

高素质的复合创新型应用人才，符合新时

期职业教育的要求和社链济市场对从

的需求，更能凸显职业院校存在和发展的

优势，使其纖可持续狐

【参考文献】

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[6] 刘咏梅，等.构建实践教学体系强

化创新实践能力培养〇〇.实验室研究与探

索,2009

(上接36页）环绕情况。由图6、图7可知，该轴流风机横向流 速度及切向流动均不大。两种速度越小，气流团湍流强度越 低，轴流顺效率越高。

4结论

提取上图中的压力和速度的计算结果，经过计算得出该轴 流式风机的各项性能指标：流量为1888.50 m3/min,叶轮轴功率 为76.13%,叶轮效率为46.67%,风机压升1103.09Pa,气流静压 143.96Pa,气流轴向速度33.45m/s,气流径向速度3.69m/s。

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