將離心引風(fēng)機(jī)模型導(dǎo)入ICEM 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過程中對離心風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位要進(jìn)行加密處理，如葉輪、集流器、蝸舌、進(jìn)氣箱的轉(zhuǎn)角處等。對風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與出口適當(dāng)延長，以保證計(jì)算的穩(wěn)定性。本文所研究的某離心風(fēng)機(jī)葉輪有均布的16個(gè)前向的大小葉片，其內(nèi)部流場較為復(fù)雜，為了揭示離心引風(fēng)機(jī)內(nèi)的流場特性，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬?？紤]到離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其中無進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量約370萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上；帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量為380萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上。

離心引風(fēng)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)k-?模型，壁面函數(shù)為Scalable，數(shù)值計(jì)算方法為高階求解格式，求解格式為一階格式。由于通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認(rèn)為氣流為不可壓縮定常流動(dòng)。進(jìn)口給定質(zhì)量流量，出口給定靜壓,壁面條件為無滑移邊界，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動(dòng)區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過Interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為GGI。本文將對加米字支撐架的集流器和普通圓弧形集流器進(jìn)行整機(jī)數(shù)值模擬，重點(diǎn)分析這2種結(jié)構(gòu)形式對掘進(jìn)工作面的粉塵的導(dǎo)流效果，并對比其對風(fēng)機(jī)性能的影響，為掘進(jìn)工作面降塵效率的提高提供理論依據(jù)。本文所研究的某離心風(fēng)機(jī)葉輪有均布的16 個(gè)前向的大小葉片，其內(nèi)部流場較為復(fù)雜，為了揭示離心引風(fēng)機(jī)內(nèi)的流場特性，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬。先單獨(dú)分析了進(jìn)氣箱內(nèi)部流場特性，然后對進(jìn)氣箱與風(fēng)機(jī)進(jìn)行一體化分析，研究進(jìn)氣箱對離心風(fēng)機(jī)性能的影響。

煤礦生產(chǎn)中， 掘進(jìn)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(jī)對掘進(jìn)工作面進(jìn)行降塵是主要降塵方式之一。一般情況下，風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管是靠法蘭和葉輪殼體剛性連接的，管道的振動(dòng)必然傳到殼體上，而殼體通常和軸承座相連，殼體振動(dòng)又引起軸承座振動(dòng)，最終導(dǎo)致致整臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)。但是，由于工作面粉塵極易隨風(fēng)四處擴(kuò)散，如何將粉塵定向?qū)腚x心風(fēng)機(jī)，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(jìn)入離心引風(fēng)機(jī)的重要結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式對風(fēng)機(jī)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(jī)性能效果好。山東冠熙環(huán)保設(shè)備有限公司對集流器進(jìn)行改進(jìn)，在離心引風(fēng)機(jī)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(jìn)行整機(jī)數(shù)值模擬，重點(diǎn)分析這2 種結(jié)構(gòu)形式對掘進(jìn)工作面的粉塵的導(dǎo)流效果，并對比其對風(fēng)機(jī)性能的影響，為掘進(jìn)工作面降塵效率的提高提供理論依據(jù)。

離心引風(fēng)機(jī)流體的數(shù)學(xué)模型

粉塵流體在風(fēng)機(jī)中流動(dòng)的物理?xiàng)l件較為復(fù)雜，影響因素較多，因此在離心風(fēng)機(jī)的數(shù)值計(jì)算中，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(yùn)動(dòng)而且各組分之間沒有化學(xué)反應(yīng)。5）與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果對比分析，結(jié)果表明采用數(shù)值模擬研究風(fēng)機(jī)性能是可行的。其在風(fēng)機(jī)中的流動(dòng)要遵循質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量定理和能量守恒定律3 個(gè)基本物理守恒定律的支配。

在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣風(fēng)管測試裝置上，對離心引風(fēng)機(jī)及在風(fēng)機(jī)蝸殼周向板、前蓋板、后蓋板等部位分別加裝吸聲材料后，測試了不同結(jié)構(gòu)形式下風(fēng)機(jī)性能和噪聲特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:相比原風(fēng)機(jī)，蝸殼周向板與后蓋板同時(shí)加裝吸聲材料效果較好，設(shè)計(jì)工況下A聲級能夠降低7．2dB(A)，在小流量工況下，吸聲蝸殼的降噪效果變差;根據(jù)風(fēng)機(jī)噪聲頻譜，穿孔板加玻璃棉吸聲蝸殼的吸聲性能中高頻好于低頻，風(fēng)機(jī)基頻噪聲在設(shè)計(jì)點(diǎn)能夠降低12．5dB(A);離心引風(fēng)機(jī)加裝吸聲材料后風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能會(huì)略有下滑，壓力和效率都有不同程度的降低。離心式風(fēng)機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的通用輔助設(shè)備，而風(fēng)機(jī)噪聲尤其大型風(fēng)機(jī)噪聲很大，嚴(yán)重影響人的身心健康，所以降低風(fēng)機(jī)噪聲有著重要的意義。進(jìn)氣箱在其出口處氣體發(fā)生近90°轉(zhuǎn)彎，內(nèi)部流場十分復(fù)雜，并造成很大的流動(dòng)損失。由于蝸殼壁面是離心風(fēng)機(jī)主要的氣動(dòng)噪聲源，蝸殼不消聲時(shí)，聲波在風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)連續(xù)反射，形成一個(gè)混響聲場，聲壓級較高。采用消聲蝸殼后，被吸收的聲能多，被反射的聲能少，其聲場的聲壓級就會(huì)降低。

對于離心引風(fēng)機(jī)消聲蝸殼降噪效果的研究，國內(nèi)外很多學(xué)者都做了不少的研究工作。Bartenwerfer等將蝸板外側(cè)消聲部分的外殼做成方形，里面填充消聲材料對離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行降噪試驗(yàn)研究，使改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)A聲級降低了9～12dB(A)。通過試驗(yàn)證明相對于周向蝸板加裝消聲材料，風(fēng)機(jī)后蓋板加裝消聲材料消聲效果明顯，且結(jié)構(gòu)簡單、制造方便風(fēng)機(jī)壓力損失小。劉曉良等研究了消聲蝸殼消聲材料厚度、空腔厚度等對風(fēng)機(jī)降噪效果的影響，結(jié)果表明:適當(dāng)增加消聲材料厚度或空腔厚度可以提高消聲蝸殼的降噪效果。到目前為止，對消聲蝸殼的研究基本都集中在周向蝸板上加裝消聲材料，對風(fēng)機(jī)側(cè)板加消聲材料的消聲蝸殼降噪效果研究得還比較少。