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研究結(jié)果表明,風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜,高速離心鼓風(fēng)機(jī),不僅使風(fēng)機(jī)難以加工,而且增加了風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)損失,降低了風(fēng)機(jī)的效率。為了提高風(fēng)機(jī)的總壓和效率,對(duì)斜槽離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)和設(shè)計(jì)。采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)斜槽離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了分析,并根據(jù)內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)工作。通過(guò)查閱大量的離心風(fēng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)文獻(xiàn),深入了解風(fēng)機(jī)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)特性的影響,并采用數(shù)值計(jì)算方法建立風(fēng)機(jī)三維模型,劃分網(wǎng)格,風(fēng)機(jī)采用N-S方程,結(jié)合W。利用SSTK-U湍流模型,模擬了斜通道風(fēng)機(jī)的原型。通過(guò)對(duì)樣機(jī)計(jì)算結(jié)果與原始測(cè)量數(shù)據(jù)的比較,詳細(xì)分析了SSTK-U湍流模型的精度,為離心風(fēng)機(jī)數(shù)值計(jì)算選擇湍流模型提供了良好的參考。通過(guò)觀察風(fēng)機(jī)不同截面的等值線和流線圖,分析了風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)特性,為離心風(fēng)機(jī)的改進(jìn)提供了思路。在斜槽離心風(fēng)機(jī)樣機(jī)的基礎(chǔ)上,提出了三種改進(jìn)方案:向內(nèi)延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)短葉片可減少短葉片吸力面分離,提高風(fēng)機(jī)效率2.3%;增大風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)直徑可提高總壓。風(fēng)機(jī)的壓力值,效率基本不變,增大蝸殼舌與風(fēng)機(jī)葉輪之間的間隙,可使風(fēng)機(jī)總壓值提高到4711pa,效率提高2.1%。
風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、鋼鐵、水泥等重工業(yè)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是整體結(jié)構(gòu)緊湊,葉輪寬徑比小,內(nèi)、外徑比小,長(zhǎng)、短葉片分布均勻,壓力系數(shù)高,流量系數(shù)小,因此常用于高壓、小流量場(chǎng)合。針對(duì)風(fēng)機(jī)效率低、加工工藝復(fù)雜等缺點(diǎn),提出了一種改進(jìn)的風(fēng)機(jī)效率設(shè)計(jì)方案,并采用CFD數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了分析驗(yàn)證。
本文對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)的主要思路是利用N-S方程和SSTK-U湍流模型計(jì)算斜槽風(fēng)機(jī)樣機(jī)的流量。數(shù)值計(jì)算結(jié)果與原始測(cè)量數(shù)據(jù)吻合較好,證明了該計(jì)算模型和數(shù)值計(jì)算方法的可行性。通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)不同截面的等值線和流線的觀測(cè),分析了葉輪通道內(nèi)流動(dòng)損失的原因。通過(guò)控制葉片吸力面邊界層的分離,降低了風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)損失。針對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)狀況,提出了三種不同的改進(jìn)方案。在改進(jìn)方案不能滿足性能要求的情況下,鍋爐離心引風(fēng)機(jī),對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。為了使風(fēng)機(jī)葉片通道內(nèi)的流動(dòng)更加合理,根據(jù)葉輪通道截面面積逐漸變化的原理,建立了風(fēng)機(jī)葉片型線形成的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)該數(shù)學(xué)模型完成了風(fēng)機(jī)葉片型線的設(shè)計(jì)。風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)采用“雙圓弧”成形方法,不僅簡(jiǎn)化了風(fēng)機(jī)的加工工藝,而且使風(fēng)機(jī)的總壓力提高到5257pa,煙臺(tái)風(fēng)機(jī),效率提高到68%。后介紹了離心風(fēng)機(jī)的瞬態(tài)計(jì)算方法,分析了瞬態(tài)計(jì)算中時(shí)間步長(zhǎng)的選擇原則。采用瞬態(tài)數(shù)值方法對(duì)新設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。在瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定后,風(fēng)機(jī)采用FW-H模型計(jì)算了設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲,遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲值為58dB。
在總結(jié)以往研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象,利用NUMECA軟件對(duì)不同的葉片開槽方案進(jìn)行了模擬,比較了不同方案下的風(fēng)機(jī)性能優(yōu)化,并結(jié)合分布確定了葉片開槽的較佳參數(shù)。葉輪內(nèi)部流場(chǎng)。本文對(duì)風(fēng)機(jī)原葉輪開槽前的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,風(fēng)扇葉片通道的吸力面發(fā)生了邊界層分離,形成了一個(gè)較大的渦流區(qū)。后半段通道內(nèi),離心引風(fēng)機(jī),吸力面邊界層分離較為嚴(yán)重,高速氣流占整個(gè)通道寬度的65%左右。因此,可以通過(guò)在容易發(fā)生邊界層分離的葉片端部開一個(gè)小間隙來(lái)防止邊界層分離的產(chǎn)生和發(fā)展,從而使流經(jīng)該間隙的部分流體能夠吹走吸入面出口附近的流體。以往的研究表明,狹縫的大小對(duì)氣流有很大的影響,但在粉塵環(huán)境中,狹縫過(guò)?。íM縫寬度約為2 mm)可能會(huì)被堵塞而失去其功能,這限制了該技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。因此,為了確保風(fēng)機(jī)不發(fā)生堵塞,開口處有足夠的間隙??紤]到工程實(shí)踐中操作的方便性,用A的變化來(lái)表示縫的位置,用B的變化來(lái)控制縫角的大小。比較采用A/C(c為葉片弦長(zhǎng))與B/C的無(wú)量綱形式。在計(jì)算和優(yōu)化槽位和槽角時(shí),采用了固定一個(gè)比例和調(diào)整另一個(gè)比例的方法。
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