高壓離心通風(fēng)機(jī)是廣泛應(yīng)用的一種機(jī)械，它的工作原理是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能，進(jìn)而排送氣體，在建筑業(yè)、鋼鐵業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。金屬葉輪是離心風(fēng)機(jī)的重要組成部分，對于離心風(fēng)機(jī)的安全運行和性能起著決定作用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)的發(fā)展，老舊的離心風(fēng)機(jī)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的需要。高壓離心通風(fēng)機(jī)對比分析在額定轉(zhuǎn)速下，假定風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處截面上動壓靜壓均勻分布，對風(fēng)機(jī)進(jìn)口、出口壓力及壓差，集流器進(jìn)出口壓力及其壓差進(jìn)行統(tǒng)計。因此，對高壓離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為了人們廣泛關(guān)注的問題。離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化對金屬葉輪的穩(wěn)定運行起著重要的推動作用。

本文通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運行影響進(jìn)行研究，主要通過各部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運行的作用作簡要分析，以達(dá)到為保證金屬風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運行提供理論支持的目的。離心風(fēng)機(jī)和金屬葉輪互相影響，互為補(bǔ)充。金屬葉輪是離心風(fēng)機(jī)的重要組成部分，在一定程度上決定著離心風(fēng)機(jī)的性能。本文在傳統(tǒng)蝸殼型線設(shè)計理論基礎(chǔ)上，以某抽油煙機(jī)用多翼離心風(fēng)機(jī)為研究對象，高壓離心通風(fēng)機(jī)采用動量矩修正方法對其進(jìn)行性能優(yōu)化。同時，離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化又促進(jìn)了葉輪的平穩(wěn)運行。離心風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于鍋爐引風(fēng)、中央空調(diào)系統(tǒng)等多個領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。然而離心風(fēng)機(jī)也會造成大量的能源消耗，必須實現(xiàn)對離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

高壓離心通風(fēng)機(jī)在大流量區(qū)計算值比實測值偏高，小流量區(qū)計算值比實測值偏低，但是整體上計算結(jié)果與實測結(jié)果基本吻合。由效率曲線圖可知，大流量區(qū)計算結(jié)果比實測結(jié)果偏高，小流量區(qū)計算結(jié)果比實測結(jié)果偏低，說明計算結(jié)果與實測結(jié)果吻合。1Pa，相比可以看出，高壓離心通風(fēng)機(jī)加米字形集流器導(dǎo)流效果比普通圓弧形集流器好。通過實驗值與計算值的對比，CFX 軟件的數(shù)值模擬結(jié)果與實測結(jié)果一致，由此驗證了采用CFX 軟件對帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬是可靠的。

試驗噪聲分析

離心風(fēng)機(jī)的噪聲按照流體動力聲源的發(fā)聲機(jī)制，分為三類：1）單極子，2）偶極子，3)四極子，風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的噪聲主要來源于偶極子源。根據(jù)GB/T2888-2008《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測量方法標(biāo)準(zhǔn)》對有無進(jìn)氣箱離心風(fēng)機(jī)的噪聲進(jìn)行測試。試驗地點：浙江上風(fēng)高科專風(fēng)實業(yè)有限公司CNAS 檢測中心；采用聲級計對風(fēng)機(jī)出口處的噪聲進(jìn)行測試，測試方式及儀器。電機(jī)優(yōu)化對高壓離心通風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響吸油煙機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備空間較小，為了節(jié)省空間，一般會使用內(nèi)藏電動機(jī)設(shè)備。測量時，除地面外無其他的反射條件，測點位置D 距地面的高度與風(fēng)機(jī)出口中心持平，水平方向上與出氣口軸線成45° ，距離出氣口中心L=1m。

高壓離心通風(fēng)機(jī)的噪聲在小流量區(qū)，帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)噪聲低于不帶進(jìn)氣箱，隨著流量的增加，帶進(jìn)氣箱的風(fēng)機(jī)噪聲顯著提高，在大流量區(qū)，明顯的高于不帶進(jìn)氣箱的噪聲。

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。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。同時，由于蝸殼張開度擴(kuò)大能夠抑制流動分離，使蝸舌附近區(qū)域的旋渦強(qiáng)度及其影響區(qū)域減小，從而有效地降低了多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲2。其中集流器是引導(dǎo)粉塵氣體進(jìn)入高壓離心通風(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)，在高壓離心通風(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)。

高壓離心通風(fēng)機(jī)流體的數(shù)學(xué)模型

粉塵流體在風(fēng)機(jī)中流動的物理條件較為復(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)運動而且各組分之間沒有化學(xué)反應(yīng)。另外，為了方便模型的建立，在盡量減小數(shù)值模擬誤差的前提下對電動機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定程度的簡化，。其在風(fēng)機(jī)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。

將建立好的高壓離心通風(fēng)機(jī)三維模型導(dǎo)入ICEM 軟件進(jìn)行混合網(wǎng)格的劃分。其中進(jìn)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(jī)周圍結(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型，故采用適應(yīng)性較強(qiáng)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(jìn)行網(wǎng)格劃分時，對邊界層進(jìn)行加密處理，其較低網(wǎng)格質(zhì)量雅克比[14]在0.3 以上。其出口速度的不均勻性對高壓離心通風(fēng)機(jī)性能影響明顯，有必要對其特性進(jìn)行研究。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，對高壓離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)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(jī)的數(shù)值求解計算中。

由于有梯度擴(kuò)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：高壓離心通風(fēng)機(jī)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(jī)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。15m3/s，主要尺寸參數(shù)為：高壓離心通風(fēng)機(jī)蝸殼寬度b1152mm，葉輪內(nèi)徑1D210mm,葉輪外徑2D246mm，葉片進(jìn)口安裝角178A，葉片出口安裝角2160A，葉片圓弧半徑r14mm，葉片數(shù)z60。運用Visual C 將上述修正函數(shù)編寫為UDF代碼，并導(dǎo)入Fluent 內(nèi)置Calculation module。為符合實際運行狀態(tài)，高壓離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行非定常數(shù)值計算。