綜上所述，本文通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響進行研究，簡要分析了各部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響。主要從集流器優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響、窩殼優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響、電機優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響，以及葉片形狀優(yōu)化對除塵風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響四個方面進行分析，為保證金屬葉輪的穩(wěn)定運行提供技術(shù)支持。各部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

集流器優(yōu)化對除塵風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

集流器的工作原理是通過將氣流均勻地送入葉輪進口截面，以達到提高除塵風(fēng)機葉輪的效率以及風(fēng)機整體性能的目的。集流器的結(jié)構(gòu)形式對氣流的流動損失以及金屬葉輪的平穩(wěn)運行都有很大影響，因此對集流器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是非常重要的。在設(shè)計集流器的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)確保較大程度地符合金屬葉輪附近氣流的流動情況，同時還應(yīng)保證集流器內(nèi)氣流的平穩(wěn)運行。集流器的類型有很多種，常用的集流器是錐弧形集流器，錐弧形集流器的氣流運行一般比較平穩(wěn)，小型除塵風(fēng)機，但是集流器喉部到葉輪進口階段容易發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，增加除塵風(fēng)機的損失，導(dǎo)致離心風(fēng)機效率降低。因此，必須優(yōu)化集流器結(jié)構(gòu)，通過減小集流器的錐度、增加喉部半徑的方式，提高離心風(fēng)機的效率，保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行。

煤礦生產(chǎn)中， 掘進工作面是主要的產(chǎn)塵環(huán)節(jié)。粉塵不僅嚴(yán)重危及采掘工作面人員的身體健康，而且容易造成重大事故隱患。采用除塵風(fēng)機對掘進工作面進行降塵是主要降塵方式之一。但是，由于工作面粉塵極易隨風(fēng)四處擴散，如何將粉塵定向?qū)腚x心風(fēng)機，提高除塵效率，是亟待解決的問題。其中集流器是引導(dǎo)粉塵氣體進入除塵風(fēng)機的重要結(jié)構(gòu)，淄博除塵風(fēng)機，其結(jié)構(gòu)形式對風(fēng)機性能有很大的影響。有關(guān)研究表明圓弧形集流器對提高風(fēng)機性能效果好。山東冠熙環(huán)保設(shè)備有限公司對集流器進行改進，在除塵風(fēng)機集流器內(nèi)部的側(cè)壁上固定若干條肋組成的“米”字支撐架。

本文將對加米字支撐架的集流器和普通圓弧形集流器進行整機數(shù)值模擬，重點分析這2 種結(jié)構(gòu)形式對掘進工作面的粉塵的導(dǎo)流效果，并對比其對風(fēng)機性能的影響，為掘進工作面降塵效率的提高提供理論依據(jù)。

除塵風(fēng)機流體的數(shù)學(xué)模型

粉塵流體在風(fēng)機中流動的物理條件較為復(fù)雜，影響因素較多，因此在離心風(fēng)機的數(shù)值計算中，除塵風(fēng)機生產(chǎn)廠家，假設(shè)流體為連續(xù)等溫不可壓縮的牛頓流體穩(wěn)態(tài)運動而且各組分之間沒有化學(xué)反應(yīng)。其在風(fēng)機中的流動要遵循質(zhì)量守恒定律、動量定理和能量守恒定律3 個基本物理守恒定律的支配。

將建立好的除塵風(fēng)機三維模型導(dǎo)入ICEM 軟件進行混合網(wǎng)格的劃分。其中進出口和葉輪區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而蝸殼部分由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是電動機周圍結(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型，故采用適應(yīng)性較強的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，具體網(wǎng)格如圖3 所示。綜合考慮動靜耦合區(qū)域?qū)?shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的影響，在進行網(wǎng)格劃分時，對邊界層進行加密處理，其較低網(wǎng)格質(zhì)量雅克比[14]在0.3 以上。為了保證數(shù)值計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免網(wǎng)格誤差對其模擬結(jié)果造成影響，對除塵風(fēng)機進行網(wǎng)格無關(guān)性驗證，如表1 所示。綜合考慮計算精度和計算效率可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為25 萬左右時預(yù)測結(jié)果較為合理，終確定整個計算域的網(wǎng)格數(shù)為2513558。k-ε 模型作為為普遍有效的湍流模型，能夠計算大量的各種回流和薄剪切層流動，被廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)機的數(shù)值求解計算中。

由于有梯度擴散項，模型k-ε 方程為橢圓形方程，故其特性同其他橢圓形方程，需要邊界條件：除塵風(fēng)機出口或?qū)ΨQ軸處k / n0和/ n0。但上述邊界條件只針對高雷諾數(shù)而言，在固體壁面附近，流體粘性應(yīng)力將取代湍流雷諾應(yīng)力，并在臨近固體壁面的粘性底層占主要作用。而多翼離心風(fēng)機由于結(jié)構(gòu)尺寸小、相對馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動過程中起重要作用，因此，在實際運用過程中，標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型由于未充分考慮粘性力的影響，導(dǎo)致計算模型出現(xiàn)偏差。運用Visual C 將上述修正函數(shù)編寫為UDF代碼，除塵風(fēng)機設(shè)備，并導(dǎo)入Fluent 內(nèi)置Calculation module。為符合實際運行狀態(tài)，除塵風(fēng)機進出口邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動能成正比，從而避免在進口和出口定義一致的速度分布[15]。后以CFD 計算的定常結(jié)果作為初始條件，進行非定常數(shù)值計算。

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