摘 要：多翼離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求較高，需要同時(shí)滿足流量大，噪聲低，工況點(diǎn)位于最高效率點(diǎn)等要求，而在設(shè)計(jì)初期很難對其氣動及聲學(xué)性能進(jìn)行有效控制。本文建立包括離心風(fēng)機(jī)葉輪及蝸殼在內(nèi)的三維全流場幾何模型，完成風(fēng)機(jī)的流體力學(xué)仿真計(jì)算，并對風(fēng)機(jī)流量-壓力性能及噪音進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，對離心風(fēng)機(jī)的優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)具有重要作用。

關(guān)鍵詞：多翼離心通風(fēng)機(jī)；非定常；仿真；實(shí)驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.184

0 引言

通風(fēng)散熱離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)包括氣動性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面，其中氣動性能最為重要[1]。對于離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求一般包括：流量大，工況點(diǎn)位于最高效率點(diǎn)附近，效率曲線盡量平坦，調(diào)節(jié)性能好，噪聲低，抗壓能力強(qiáng)，維護(hù)方便等[2]。

1 研究模型

離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)風(fēng)量、壓力等設(shè)計(jì)要求，首先完成離心葉輪的設(shè)計(jì)，之后通過等邊基方法或者不等邊基方法確定蝸殼內(nèi)壁型線[3]，圖1所示為某通風(fēng)散熱多翼離心風(fēng)機(jī)的葉輪及蝸殼設(shè)計(jì)。

仿真的網(wǎng)格模型采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分[4]，最終生成體網(wǎng)格數(shù)量約300萬。

2 實(shí)驗(yàn)研究

仿真計(jì)算的同時(shí)對離心風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，圖2所示為不同出口背壓工況下的風(fēng)機(jī)流量，圖3所示為風(fēng)機(jī)噪音的測試數(shù)據(jù)。從圖2多翼離心風(fēng)機(jī)的流量-壓力性能曲線可以看出，風(fēng)機(jī)最大壓頭約120Pa，最大流量約0.25m3/s。從圖3風(fēng)機(jī)噪音測試曲線可以看出，該風(fēng)機(jī)在350Hz時(shí)的噪音存在明顯峰值。

3 仿真結(jié)果

3.1 速度場

圖4所示為離心風(fēng)機(jī)典型截面的速度場，從中可以發(fā)現(xiàn)，在蝸殼出口區(qū)域存在明顯的高速區(qū)，氣流的流動路徑是沿離心風(fēng)機(jī)軸向進(jìn)入，沿徑向流出風(fēng)機(jī)。離心風(fēng)機(jī)葉輪周圍的氣流流動分布趨勢都是類似的，葉輪與蝸殼間隙之間的流動軌跡隨蝸殼型線的變化而不同。整體看來，離心風(fēng)機(jī)的氣動性能較好。

3.2 氣動噪聲

為了進(jìn)一步對離心風(fēng)機(jī)的噪音測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取離心風(fēng)機(jī)蝸殼及葉輪表面的氣動噪聲數(shù)據(jù)，如圖5所示?？梢钥闯觯仛の伾鄥^(qū)域存在明顯的高噪音區(qū)域，相對應(yīng)的，與蝸舌接近葉片的氣動噪音數(shù)據(jù)也高于其他葉片，說明葉輪與蝸舌之間的氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是離心風(fēng)機(jī)的主要?dú)鈩釉肼曉础?/p>

4 小結(jié)

通過對某三維全流場通風(fēng)散熱離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)流場的流體力學(xué)仿真計(jì)算，對風(fēng)機(jī)流場、氣動噪聲等特性進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)測試，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）離心風(fēng)機(jī)的氣動性能較好。

（2）葉輪與蝸舌之間的氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是離心風(fēng)機(jī)的主要?dú)鈩釉肼曉础?/p>

（3）風(fēng)機(jī)在350Hz時(shí)的噪音存在明顯峰值。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳玉林，陳慶光.通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)[M].北京：清華大學(xué)出版社， 2005：1-291.

[2]Miyamoto Hiroyuki，Nakashima Yukitoshi. Effects of splitter blades on the flows and characteristics in centrifugal impeller [J].JSME International Series，1992，35（02）：238-246.

[3]王維斌.對旋式通風(fēng)機(jī)全流場內(nèi)壓力脈動及氣動噪聲特性的數(shù)值研究[D].山東青島：山東科技大學(xué)，2009.

[4]LI Yang，OUYANG Hua，DU Zhao-hui.Experimental research on aerodynamic performance and exit flow field of low pressure axial flow fan with circumferential skewed blades[J].Journal of Hydrodynamic，2007（05）：579-586.

作者簡介：袁言昆（1986-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師。