单级离心风机内有叶的扩压器.docVIP

单级离心风机内有叶扩压器 与无叶扩压器流场数值模拟 Numerical Simulation on Flow Field of Vanned Diffuser and Vaneless Diffuser in Single-Stage Centrifugal Fan 韩海泉 谷传纲 缪 骏 杨 波/上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室 摘要：分别构建了无叶和有叶扩压器的单级离心风机的计算模型和网格划分，计算模拟部分并分析计算结果，阐明了无叶和有叶扩压器对风机整机性能的影响，及两种扩压器扩压能力的区别。 关键词：离心风机 有叶扩压器 无叶扩压器 数值模拟 中图分类号：TH432 文献标识码：B 文章编号：1006-8155（2005）03-0011-04 Abstract: The calculate model of single-stage centrifugal fan with vaned diffuser and vaneless diffuser is established respectively. Carve up the gridding, calculate the simulation part and analysis the result. The influence of vanned diffuser and vaneless diffuser to fan performance and the diffuser the difference of two kinds of the ability of diffuser. Keywords: Centrifugal fan Vaned diffuser Vaneless diffuser Numerical simulation 1 引言 在离心风机中,很大一部分压力的获得都是在扩压器中完成的[1]。动能在扩压器中是否能够有效地转化为压力能，将会影响风机的整机效率，因此国内外许多科研人员都对扩压器的研究投入了大量的精力。试验方面主要有通过PIV或热线[2]等试验测量手段来研究扩压器的内部流动情况；数值模拟方面一些研究人员通过一些算法来研究扩压器内部流场，比如遗传算法等[3]。 本文是在已有的物理实验模型基础上，分别构造了无叶和有叶扩压器的单级离心风机的计算模型，并采用整机计算网格，通过数值模拟，来研究无叶和有叶扩压器对离心风机性能的影响。 2 数值计算 2.1 风机实体模型的建立和网格的划分 为了更好地捕捉整个流场的详细信息，选取实验室单级离心风机作为研究对象，该机由叶轮、扩压器（无叶或有叶）、蜗壳、进风口组成，如图1和图2所示。为了方便给定边界条件，在进风口外加了出口延长管道。使用计算流体力学软件NUMECA，对试验用单级离心风机进行实体建模和网格划分。该网格采用结构化多块网格生成方法，将较复杂的几何形状分割成若干简单小块，然后将每一小块区域单独生成合格的网格，最后将所有的网格耦合起来[4,5]。叶轮单个流道和有叶扩压器单个流道网格模型如图3，图4所示。其中叶轮区域(含进口段)的网格数目为489775,无叶扩压器网格单元总数为56225,有叶扩压器网格单元数为296478,蜗壳(含出口段)为239806。叶轮和有叶扩压器各有13个流道,则带无叶扩压器的风机模型网格总数为784506,带有叶扩压器的风机模型网格总数为932719。 图1带无叶扩压器的离心风机网格划分 图2带有叶扩压器的离心风机网格划分 图3叶轮内单个流道网格 图4有叶扩压器内单个流道网格 2.2 计算模拟部分 为了便于模拟离心风机内的流动，采用时间推进法。同时因计算的工况均为低速流动(小于0.3Ma),所以湍流模型选用低Re数的Chien模型，动静耦合采用固定转子(Frozen Rotor)方法。并采用多重网格法(三重网格)和残差光顺技术以加快收敛速度。 同时也因计算的工况均为低速流动，所以采用拟可压法。拟可压法即为在连续方程中加入时间导数项，从而使得连续方程成为双曲型，即 (1) 式中为拟可压参数，右边第一项同可压流的 一样，是的前一时层迭代值。拟可压法的稳定性及收敛性对拟可压参数十分敏感。采用下式先对作一预估 (2) 为最大参考速度，对于离心风机一般取叶轮出口最大线速度。为一系数，对于高雷诺数的流体，可依次在3、30、300三档数值试取。 进口边界条件为给定进口总压(101325Pa)及总温(293K)；出口边界条件给定出口容积流量；固体壁面边界条件为无滑移条件；初始条件则给定静压、静温及速度分布。转速为1000r/min,流量为0.24m3/s. 2.3 计算结果分析