多翼式离心风机蜗舌的实验和数值研究.pdfVIP

中国T程热物理学会 流体机械 2004年学术会议 编号：047042 多翼式离心风机蜗舌的实验与数值研究 张伟席光宫武旗 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 Tel：029831 l E．mail：laadslide国163．corn 摘要：奉文利用粒子图像速度场仪(PIV)，对多翼式离心风机蜗舌附近速度矢量场做了详细的变工况测 量度分析．『叫时应用CFD软件对实验风机进行了整机数值模拟，研究不同工况下蜗舌附近流场的变化 规律。奉文研究表明：在不同工况下风机出口处均存在回流：蜗舌附近的主要流动特征由其周围滞止 区的影响范制所决定：小流量工况下靠近蜗舌处的叶片吸力面出口位置存在明显的回流。 关键词：多翼式离心风机粒子图像速度场仪数值模拟 1前言 前向多翼式离心风机具有尺寸小、流量系数大、握力系数高等优点，因此广泛应用 r许多换气装置、电子设备、空调等系统中。该类风机目前的研究重点是进一步降低噪 音和减小体积。为此，有必要对其中复杂的全粘三维流动现象进行广泛的试验与数值模 拟研究。目前有关前向多翼式风机的研究文献相对较少。[1]认识到风机叶片流道中的 流型对降噪的重要性，采用火花追踪技术可视化地研究了叶片流道横截面中的流型。[2] 在：1]的基础上开展研究，测量了叶片表面压力脉动，指出轮盘与轮盖之间流动的非均 匀分布引起叶片表面高的压力脉动，并导致高的湍流噪声。[3]用声学传感器测量声强， 同时用微型热线探头详细测量叶轮出口三维湍流参量，指出标准多翼式风机的噪声源可 粗略地分为主流区(距离轮盘侧30％区域内)噪声和分离区(靠近轮盖侧区域)噪声两 部分．二者均是与旋涡及分离有关的湍流噪声。[4]研究了内径和叶片数对风机气动特 性及噪卢的影响规律，并给出最佳内径和最佳叶片数。[5]用五孔探针对蜗壳内压力分 布进行了试验研究。在数值研究方面，[6]把叶轮内流动作为稳态流动处理，采用三维 富诺平均标准k-s模型对多翼离心风机内湍流进行了计算。[7]在[6]的基础上，发展了 一种简单的流场分析方法。 可见，研究者均认识到对风机内流动现象深层研究的重要性。但是，主要针对多翼 离心风机中的重要部件——蜗舌附近流动规律的研究仍甚少，而众所周知，蜗舌对风机 性能及噪声无疑有着重要影响。本文采用实验与数值模拟相结合的方法对该风机蜗舌处 流动进行了研究：利用粒子图像速度场仪(PIV)技术对蜗壳及叶轮内流场进行了较详 验风机变工况下的内部流场进行了数值模拟。通过实验和计算结果的分析揭示了蜗舌处 流场的流动规律，为进一步优化设计奠定了基础。 2．流场实验 实验在西安交通大学流体机械国家专业实验室完成。所用PIV系统由激光器，同步 器，CCD及数据采集系统等组成。采用乙二醇作为PIV示踪粒子，图1为实验风机照片。 在对蜗壳内流场进行测量时，采取对蜗壳分段的方法进行，把蜗壳沿周向分为8段，如 及流道等各个部位的流场进行了测量，限于篇幅，仅对图2(a)中第8段即蜗舌附近b， C，d段进行讨论。 3数值模拟方法 计算模型的建立和网格的生成：本文计算模型为实验风机，由具有前弯式单圆弧叶 片的离心叶轮与型线为对数螺旋线的蜗壳匹配组成。叶轮外径D2=170ram，轮径比 度P=1．20 Q0)、 68。。)。 小流罱(0 如图3所示，计算区域由叶轮进口至蜗壳出I：l。为保证网格质量，叶轮和蜗壳的网 的网格采用IGG／AUTOGRID生成。两部分网格均采用I型网格，以保证网格的正交性。 计算的进口边界取在叶片前缘的25mm处，出口边界为风机的出口，叶轮和蜗壳之间的 交界面取在叶片后缘的lOmm处。 网格的生成通过设定的参数调整网格疏密，并控制靠近壁面附近处的第一个控制容 积的人小使y+的值在满足壁面函数法要求的范围之内。不仅在靠近壁面处网格进行了 加密，而且在估计流动比较复杂的区域如蜗舌处，叶轮的进、出口处等均进行了加密。 动方向。 图I实验装置实物照片 图2测