單級(jí)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)有葉擴(kuò)壓器

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1、單級(jí)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)有葉擴(kuò)壓器與無葉擴(kuò)壓器流場數(shù)值模擬NumericalSimulationonFlowFieldofVannedDiffuserandVanelessDiffuserinSingle-StageCentrifugalFan韓海泉谷傳綱繆駿楊波/上海交通大學(xué)動(dòng)力機(jī)械與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室摘要：分別構(gòu)建了無葉和有葉擴(kuò)壓器的單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的計(jì)算模型和網(wǎng)格劃分，計(jì)算模擬部分并分析計(jì)算結(jié)果，闡明了無葉和有葉擴(kuò)壓器對風(fēng)機(jī)整機(jī)性能的影響，及兩種擴(kuò)壓器擴(kuò)壓能力的區(qū)別。關(guān)鍵詞：離心風(fēng)機(jī)有葉擴(kuò)壓器無葉擴(kuò)壓器數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：TH432文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

2、文章編號(hào)：1006-8155（2005）03-0011-04Abstract:Thecalculatemodelofsingle-stagecentrifugalfanwithvaneddiffuserandvanelessdiffuserisestablishedrespectively.Carveupthegridding,calculatethesimulationpartandanalysistheresult.Theinfluenceofvanneddiffuserandvanelessdiffusertofanperforman

3、ceandthediffuserthedifferenceoftwokindsoftheabilityofdiffuser.Keywords:CentrifugalfanVaneddiffuserVanelessdiffuserNumericalsimulation1引言在離心風(fēng)機(jī)中,很大一部分壓力的獲得都是在擴(kuò)壓器中完成的[1]。動(dòng)能在擴(kuò)壓器中是否能夠有效地轉(zhuǎn)化為壓力能，將會(huì)影響風(fēng)機(jī)的整機(jī)效率，因此國內(nèi)外許多科研人員都對擴(kuò)壓器的研究投入了大量的精力。試驗(yàn)方面主要有通過PIV或熱線[2]等試驗(yàn)測量手段來研究擴(kuò)壓器的內(nèi)部流動(dòng)情況；數(shù)值模擬方面

4、一些研究人員通過一些算法來研究擴(kuò)壓器內(nèi)部流場，比如遺傳算法等[3]。本文是在已有的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突A(chǔ)上，分別構(gòu)造了無葉和有葉擴(kuò)壓器的單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的計(jì)算模型，并采用整機(jī)計(jì)算網(wǎng)格，通過數(shù)值模擬，來研究無葉和有葉擴(kuò)壓器對離心風(fēng)機(jī)性能的影響。2數(shù)值計(jì)算2.1風(fēng)機(jī)實(shí)體模型的建立和網(wǎng)格的劃分為了更好地捕捉整個(gè)流場的詳細(xì)信息，選取實(shí)驗(yàn)室單級(jí)離心風(fēng)機(jī)作為研究對象，該機(jī)由葉輪、擴(kuò)壓器（無葉或有葉）、蝸殼、進(jìn)風(fēng)口組成，如圖1和圖2所示。為了方便給定邊界條件，在進(jìn)風(fēng)口外加了出口延長管道。使用計(jì)算流體力學(xué)軟件NUMECA，對試驗(yàn)用單級(jí)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。

5、該網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化多塊網(wǎng)格生成方法，將較復(fù)雜的幾何形狀分割成若干簡單小塊，然后將每一小塊區(qū)域單獨(dú)生成合格的網(wǎng)格，最后將所有的網(wǎng)格耦合起來[4,5]。葉輪單個(gè)流道和有葉擴(kuò)壓器單個(gè)流道網(wǎng)格模型如圖3，圖4所示。其中葉輪區(qū)域(含進(jìn)口段)的網(wǎng)格數(shù)目為489775,無葉擴(kuò)壓器網(wǎng)格單元總數(shù)為56225,有葉擴(kuò)壓器網(wǎng)格單元數(shù)為296478,蝸殼(含出口段)為239806。葉輪和有葉擴(kuò)壓器各有13個(gè)流道,則帶無葉擴(kuò)壓器的風(fēng)機(jī)模型網(wǎng)格總數(shù)為784506,帶有葉擴(kuò)壓器的風(fēng)機(jī)模型網(wǎng)格總數(shù)為932719。5圖1帶無葉擴(kuò)壓器的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格劃分圖2帶有葉擴(kuò)壓器的離心風(fēng)機(jī)

6、網(wǎng)格劃分圖3葉輪內(nèi)單個(gè)流道網(wǎng)格圖4有葉擴(kuò)壓器內(nèi)單個(gè)流道網(wǎng)格2.2計(jì)算模擬部分為了便于模擬離心風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)，采用時(shí)間推進(jìn)法。同時(shí)因計(jì)算的工況均為低速流動(dòng)(小于0.3Ma),所以湍流模型選用低Re數(shù)的Chien模型，動(dòng)靜耦合采用固定轉(zhuǎn)子(FrozenRotor)方法。并采用多重網(wǎng)格法(三重網(wǎng)格)和殘差光順技術(shù)以加快收斂速度。同時(shí)也因計(jì)算的工況均為低速流動(dòng)，所以采用擬可壓法。擬可壓法即為在連續(xù)方程中加入時(shí)間導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，從而使得連續(xù)方程成為雙曲型，即(1)式中為擬可壓參數(shù)，右邊第一項(xiàng)同可壓流的一樣，是的前一時(shí)層迭代值。擬可壓法的穩(wěn)定性及收斂性對擬可壓參

7、數(shù)十分敏感。采用下式先對作一預(yù)估(2)為最大參考速度，對于離心風(fēng)機(jī)一般取葉輪出口最大線速度。為一系數(shù)，對于高雷諾數(shù)的流體，可依次在3、30、300三檔數(shù)值試取。進(jìn)口邊界條件為給定進(jìn)口總壓(101325Pa)及總溫(293K)；出口邊界條件給定出口容積流量；固體壁面邊界條件為無滑移條件；初始條件則給定靜壓、靜溫及速度分布。轉(zhuǎn)速為1000r/min,流量為0.24m3/s.2.3計(jì)算結(jié)果分析以下所示各圖數(shù)據(jù)，均為沿單個(gè)葉輪內(nèi)流道中間截面上各計(jì)算點(diǎn)的對應(yīng)數(shù)據(jù)。圖5給出了單個(gè)葉輪內(nèi)流道中間截面處的相對速度矢量的試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)[6]。圖6為在該截面計(jì)算

8、所得的數(shù)據(jù)。由圖5和圖6比較分析可知，兩圖在葉輪流道內(nèi)的速度的方向及大小基本上一致，只是在出口處靠近壓力面?zhèn)嚷杂胁煌Ｔ囼?yàn)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的空白處，主要是由于在測量時(shí)，測量光束無法打到