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服務(wù)項(xiàng)目：除塵抽風(fēng)機(jī)、鍋爐引風(fēng)機(jī)、礦用風(fēng)機(jī)、糧食風(fēng)機(jī)；鈦風(fēng)機(jī)、氯氣輸送風(fēng)機(jī)、煤氣鼓引風(fēng)機(jī)   現(xiàn)有風(fēng)機(jī)中有很多性能優(yōu)良，但由于用戶要求的多樣性，已有產(chǎn)品中往往選不到合適的風(fēng)機(jī)和模化設(shè)計(jì)對(duì)象。重新設(shè)計(jì)新產(chǎn)品則需要?dú)鈩?dòng)計(jì)算、模型試驗(yàn)、工藝設(shè)計(jì)，模具制造等一系列復(fù)雜過(guò)程，成本高、周期長(zhǎng)。這時(shí)可采用變型設(shè)計(jì)，即僅改變?cè)酗L(fēng)機(jī)個(gè)別幾何參數(shù)來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求。變型設(shè)計(jì)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際產(chǎn)品為依據(jù)，設(shè)計(jì)計(jì)算可靠，不必進(jìn)行模型試驗(yàn)；還可利用現(xiàn)有圖紙資料、模具工裝，降低了成本，縮短了設(shè)計(jì)制造周期。 變型設(shè)計(jì)原理   當(dāng)選型設(shè)計(jì)和模化設(shè)計(jì)都不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，選用比轉(zhuǎn)速相差不多，性能較好的離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行變型設(shè)計(jì)。在變型量控制在一定范圍內(nèi)時(shí)，可以認(rèn)為變型設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率近似不變。變型設(shè)計(jì)方法主要有：①變?nèi)~輪寬度；②變?nèi)~片數(shù)；③變?nèi)~輪外徑及出口安裝角或葉片型線；④變?nèi)~片進(jìn)口安裝角。 一、變?nèi)~輪寬度   變?nèi)~輪寬度的變型設(shè)計(jì)方法， 滿足用戶提出的壓力要求，而不滿足流量要求。按設(shè)計(jì)要求的技術(shù)能數(shù)，計(jì)算出比轉(zhuǎn)速后，選擇與計(jì)算比轉(zhuǎn)速接近，效率較高的風(fēng)機(jī)，從其無(wú)因次性能曲線上找出變型工況點(diǎn)得到流量系數(shù)，按設(shè)計(jì)全壓要求求得所需風(fēng)機(jī)葉輪直徑。依此為依據(jù)得到變型設(shè)計(jì)的模型風(fēng)機(jī)。 作兩點(diǎn)假設(shè)：①不考慮由于寬度變形而引起的軸向渦流變化；②不考慮由于寬度變化引起的附面層變化。 在此基礎(chǔ)上，按下面兩種情況進(jìn)行變寬度計(jì)算：①滿足進(jìn)口速度三角形相似；②滿足出口速度三角形相似。 寬度改變以后，全壓可能會(huì)有所變化，因此要計(jì)算全壓是否在設(shè)計(jì)壓力允許波動(dòng)范圍。 二、變?nèi)~片數(shù)     變?nèi)~片數(shù)方法適用于風(fēng)量滿足用戶要求，而風(fēng)壓不滿足要求的情況，按滿足風(fēng)量要求，求得所需模型風(fēng)機(jī)，并得到對(duì)應(yīng)各幾何參數(shù)（按比例常數(shù)求得）。變?nèi)~片數(shù)后，主要考慮滑移系數(shù)Ｋ發(fā)生變化，滑移系數(shù)Ｋ可按模型風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和滑移系數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行修正計(jì)算。 三、變?nèi)~輪出口參數(shù)或葉片型線   這一方法適用于模型滿足全壓或流量其中一個(gè)要求，而另一要求與模型風(fēng)機(jī)參數(shù)相差不多的情況。通過(guò)改變?nèi)~輪出口幾何參數(shù)或葉片型線來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求。有三種情況：①變?nèi)~輪外徑葉片出口安裝角&bea;，不變?nèi)~片型線；②變?nèi)~輪外徑，葉片型線，不變?nèi)~片出口安裝角&bea;；③變?nèi)~片出口安裝角&bea;，葉片型線，不變?nèi)~輪外徑。 １、先滿足流量或全壓要求得出?；L(fēng)機(jī)； ２、滑移系數(shù)的修正計(jì)算仍使用變?nèi)~片數(shù)時(shí)的計(jì)算方法； ３、對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算。 四、變?nèi)~片進(jìn)口參數(shù)   葉片進(jìn)口參數(shù)同時(shí)影響著通風(fēng)機(jī)的流量與全壓，因此，不能先滿足其中一個(gè)要求，經(jīng)修正后滿足另一要求，也就是說(shuō)，不能先確定模型風(fēng)機(jī)，只能是同時(shí)確定模型風(fēng)機(jī)及變形后的葉片進(jìn)口參數(shù)。  

摘要：本文首先對(duì)某高效離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維整機(jī)數(shù)值模擬，得到其性能曲線并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)使用不同形式的進(jìn)口集流 器和采用長(zhǎng)度不同的整流板等改變風(fēng)機(jī)部件參數(shù)來(lái)研究風(fēng)機(jī)性能的變化，結(jié)果表明錐形進(jìn)口集流器制造簡(jiǎn)單同時(shí)有效提高了風(fēng)機(jī)的效率，合理的整流板長(zhǎng)度可以改善風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)并提高風(fēng)機(jī)效率。 0引言 離心風(fēng)機(jī)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中應(yīng)用量大、使用面廣的通用機(jī)械，是工業(yè)生產(chǎn)中主要的耗能設(shè)備，因此研究和改進(jìn)離心風(fēng)機(jī)，提高其工作效率對(duì)節(jié)約能源有著非常重要的意義。離心風(fēng)機(jī)主要包括進(jìn)口集流器、葉輪和蝸殼三大部件，其幾何結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流體的流動(dòng)狀態(tài)直接影 響離心風(fēng)機(jī)的能源利用率和工作效率[1]。 王昊[2]等通過(guò)對(duì)一臺(tái)離心風(fēng)機(jī)更換葉輪翼型和改變?nèi)~片的安裝角，采用數(shù)值模擬的方法分析了風(fēng)機(jī)的性能和流場(chǎng)。張顧鐘[3]采用多目標(biāo)法對(duì)某離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)改變?nèi)~片出口角、葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速等參數(shù)，得到風(fēng)機(jī)整機(jī)性能的提高。陽(yáng)誠(chéng)武[4]等通過(guò)對(duì)9-26型離心風(fēng) 機(jī)的模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了短葉片長(zhǎng)度、短葉片周向位置、短葉片的安裝角度及長(zhǎng)短葉片數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。李新宏[5]等對(duì)9-19No.1離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行了三維全粘性的整機(jī)數(shù)值模擬，得到風(fēng)機(jī)的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)分布。本文對(duì)某高效離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維整機(jī)數(shù)值模擬并與實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行對(duì)比，在此基礎(chǔ)上改變其進(jìn)口集流器與整流板等風(fēng)機(jī)部件的參數(shù)，分析其對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響及風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)狀況，為設(shè)計(jì)高效離心風(fēng)機(jī)提供了參考。 1風(fēng)機(jī)整機(jī)模擬與實(shí)驗(yàn)對(duì)比本文的試驗(yàn)研究對(duì)象是一臺(tái)高效離心通風(fēng)機(jī)，數(shù)值模擬采用Fluen軟件，計(jì)算區(qū)域主要分為三個(gè)部分：進(jìn)口集流器、蝸殼和葉輪。該風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)如下：葉片進(jìn)、出口直徑為460mm、1000mm；葉輪出口直徑為1010mm；長(zhǎng)、短葉片各12個(gè)；葉片進(jìn)、出口安裝角為29.03°、75°；葉輪進(jìn)、出口寬度為105mm、46mm；蝸殼寬度為270mm；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 為1450pm。 由于計(jì)算模型尺寸比較大，網(wǎng)格數(shù)目比較多，同時(shí)模型外形不是很復(fù)雜，本文采用結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格，在保證計(jì)算精度的前提下大大節(jié)約了計(jì)算周期?？紤]到流體在通風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)特性，對(duì)近壁面采用了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不等距處理，對(duì)于ineface、蝸舌、葉輪均采用了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)加密處理，其中進(jìn)口集流器網(wǎng)格數(shù)為715806，葉輪網(wǎng)格數(shù)為758632，蝸殼網(wǎng)格數(shù)為714687。對(duì)計(jì)算模型的網(wǎng)格數(shù)均進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)再增加時(shí)計(jì)算的全壓和效率變化均在0.5%以內(nèi)。 該通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)馬赫數(shù)比較低，可以認(rèn)為是三維粘性不可壓縮流動(dòng)，湍流模型選擇κ-ε模型，壓力速度耦合方法采取SIMPLE算法，松弛因子采用Fluen默認(rèn)值。進(jìn)口采用速度進(jìn)口，出口為壓力出口條件，壁面為無(wú)滑移邊界。 圖2為風(fēng)機(jī)性能曲線的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比，其中風(fēng)機(jī)全壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬最大相差3.2%，在設(shè)計(jì)流量附近模擬值略高于實(shí)驗(yàn)值，風(fēng)機(jī)的靜壓、功率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別與數(shù)值模擬結(jié)果相差了2.3%、3%，模擬值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線趨勢(shì)基本一致，風(fēng)機(jī)的效率的誤差則在3.9%以內(nèi)，在設(shè)計(jì)流量時(shí)模擬值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相同。所有性能參數(shù)的誤差均在5%以內(nèi)，說(shuō)明了本文的計(jì)算模型和計(jì)算方法的正確性。 2進(jìn)口集流器對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響 為了使氣流能夠更加均勻進(jìn)入葉輪，一般通風(fēng)機(jī)都會(huì)有進(jìn)口集流器。進(jìn)口集流器應(yīng)該盡量使氣流充滿葉輪進(jìn)口截面，使流動(dòng)狀況盡量接近葉輪進(jìn)口的氣流狀況，避免產(chǎn)生渦流等流動(dòng)損失。本文使用了三種型式的進(jìn)口集流器：圓筒形進(jìn)口集流器、錐形進(jìn)口集流器和弧形進(jìn)口集流器，如圖3所示。三種進(jìn)口集流器軸向長(zhǎng)度相同，出口面積都與葉輪進(jìn)口面積相同，其中錐形進(jìn)口集流器與弧形進(jìn)口集流器進(jìn)出口面積保持一致。   在進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分的時(shí)候，分別對(duì)三種型式的進(jìn)口集流器對(duì)應(yīng)處網(wǎng)格進(jìn)行了尺寸的統(tǒng)一，例如進(jìn)口處第一層網(wǎng)格與葉輪進(jìn)口截面匹配的ineface截面網(wǎng)格尺寸均相同，對(duì)于其它壁面處的網(wǎng)格盡量做到尺寸接近。圓筒形進(jìn)口集流器，錐形進(jìn)口集流器和弧形進(jìn)口集流器的網(wǎng)格數(shù)分別是61447、715806和70866，蝸殼和葉輪部分均相同。 圖4是采用三種進(jìn)口集流器的性能曲線對(duì)比，可以看出三種進(jìn)口集流器風(fēng)機(jī)模型均滿足設(shè)計(jì)要求。由圖4（a）可以看出在小流量情況下，三種模型的全壓相差不大；隨著流量的增加，特別是超過(guò)設(shè)計(jì)流量后，采用弧形進(jìn)口集流器的風(fēng)機(jī)全壓最高，其次是采用錐形進(jìn)口 集流器的風(fēng)機(jī)，圓筒形進(jìn)口集流器風(fēng)機(jī)最低。在設(shè)計(jì)工況下弧形進(jìn)口集流器的全壓分別比錐形和圓筒形進(jìn)口集流器全壓高1.3%和0.8%，在大流量下弧形進(jìn)口集流器的全壓分別比錐形和圓筒形進(jìn)口集流器全壓高6.1%和10.2%。由圖4（b）可以看出效率與全壓的趨勢(shì)保持一致，小流量狀況下三種模型效率基本相同，隨著流量的增加弧型的效率高于錐形，錐形的效率高于圓筒，在設(shè)計(jì)工況下弧型進(jìn)口集流器的效率分別比錐形和圓筒形進(jìn)口集流器效率高0.6%和1.3%，大流量時(shí)弧型進(jìn)口集流器的效率分別比錐形和圓筒形進(jìn)口集流器效率高5.7%和8.6%。 圖5、圖6和圖7分別顯示了不同流量下葉輪進(jìn)口截面的絕對(duì)速度云圖，可以看出采用圓筒形進(jìn)口集流器的風(fēng)機(jī)，在該截面上壁面速度和中心速度都比較大，速度延半徑方向有先增大后減小的過(guò)程，而采用錐形進(jìn)口集流器和弧形進(jìn)口集流器的風(fēng)機(jī)則都是中心速度小，壁 面速度大，速度延半徑方向是逐漸增大的過(guò)程，弧形和錐形的速度分布基本一致，弧形的在大流量的情況下速度分布更加均勻。可以看出不管采用哪種進(jìn)口集流器，葉輪進(jìn)口速度分布都不可能是完全對(duì)稱的，下游設(shè)備的不對(duì)稱性會(huì)影響上游設(shè)備，在設(shè)計(jì)工況下三種模型的進(jìn) 口速度分布最均勻，氣體進(jìn)入葉輪內(nèi)流動(dòng)狀況最好，因此效率最高。 圖8是設(shè)計(jì)工況下三種模型同一位置子午截面總壓圖，可以看出由于葉輪對(duì)氣體做功，沿著流動(dòng)方向氣體的總壓在不斷地增加，同一半徑下輪蓋側(cè)的壓力均低于輪盤(pán)側(cè)的壓力，尤其是在進(jìn)口處，輪蓋側(cè)的壓力明顯低于輪盤(pán)側(cè)的壓力，采用圓筒形進(jìn)口集流器風(fēng)機(jī)在輪蓋側(cè) 進(jìn)口轉(zhuǎn)彎區(qū)域明顯會(huì)有一個(gè)較大的低壓區(qū)域，采用錐形進(jìn)口集流器風(fēng)機(jī)在進(jìn)口處的壓力梯度則要緩和一些，采用弧形進(jìn)口集流器風(fēng)機(jī)在進(jìn)口處壓力梯度最小，因此弧形進(jìn)口集流器最能符合氣流由軸向變?yōu)閺较蜻M(jìn)入葉輪的氣體流動(dòng)狀況，在進(jìn)口蓋側(cè)產(chǎn)生的流動(dòng)損失最小。