摘要：為了揭示多翼離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部油性粒子沉積分布規(guī)律，減少風(fēng)機(jī)內(nèi)粒子沉積，采用Fluent離散相模型描述粒子運(yùn)動，同時(shí)結(jié)合臨界速度模型和用戶自定義函數(shù)（UDF）建模油性粒子在壁面上的沉積，模擬研究了多翼離心風(fēng)機(jī)內(nèi)油性粒子的運(yùn)動軌跡和沉積特性，并探究了顆粒直徑對沉積分布的影響。結(jié)果表明：油性粒子沉積主要分布在葉片壓力面，且靠近出口尾緣段尤為嚴(yán)重；由于進(jìn)氣條件不穩(wěn)定，整機(jī)下內(nèi)部流場更為紊亂，沉積情況也更為嚴(yán)重；大直徑粒子受慣性力主導(dǎo)更容易沉積在葉片表面。針對油性粒子沉積分布規(guī)律及成因，提出了切割葉片減小葉片出口安裝角從而減少葉輪內(nèi)油性粒子沉積的方法。對于切割后的葉片，葉輪出口處流動分離區(qū)域減小，葉片尾緣段渦量減小，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，葉輪內(nèi)油性粒子沉積率分別下降了30.75%和30.66%，兩者吻合良好，證實(shí)了提出的減小葉輪油性粒子沉積方法的有效性。

關(guān)鍵詞：多翼離心風(fēng)機(jī)；粒子沉積；離散相模型；油性粒子

中圖分類號：TK83.文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.7652/xjtuxb202405013.文章編號：0253-987X（2024）05-0133-10

Numerical Study on Deposition Characteristics of Soot Particles

in Impeller of a Multi-Blade Centrifugal Fan

Abstract：To reveal the distribution of soot particle deposition in a multi-blade centrifugal fan and mitigate such deposition， numerical simulations are conducted to investigate the trajectories and deposition characteristics of soot particles within a multi-blade centrifugal fan. The study utilizes the Fluent discrete phase model to describe particle motion， while employing the critical velocity model and the user-defined functions （UDF） to model the particle deposition on walls. In addition， the study examines the particle diameter on deposition distribution. Findings indicate that soot particles mainly deposit on the blade pressure surface， with notable accumulation near the trailing edge close to the outlet. When the complete machine is involved， the flow field within the fan becomes more turbulent due to unstable inflow conditions， thereby leading to escalating deposition levels. It is found that particles with larger diameters exhibit a higher tendency to deposit on blade surfaces owing to the dominant inertial forces. In light of deposition distributions and their causal factors， an optimization strategy is proposed to reduce the deposition on blade surfaces by cutting blades and consequently reducing the outlet installation angle. In terms of the modified blades， flow separation near the impeller outlet decreases， leading to decreased vorticity around the trailing edge of blades. Comparing the original and modified blades， numerical simulation results show a 30.75% decrease in deposition rate， while experimental outcomes demonstrate a 30.66% reduction. The close agreement underscores the effectiveness of the proposed method in mitigating the deposition of soot particles.

Keywords：multi-blade centrifugal fan; deposition; discrete phase model; soot particles

多翼離心風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、流量系數(shù)高、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于空調(diào)通風(fēng)、家用廚房等領(lǐng)域，國內(nèi)外針對多翼離心風(fēng)機(jī)已開展了大量研究。Lun和Wei等［1-2］研究了不同蝸舌結(jié)構(gòu)對風(fēng)機(jī)噪聲的影響；Zhang等［3］研究了導(dǎo)流槽對風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動特性的影響；馬列、王加浩和王夢豪等［4-6］分別研究了多翼風(fēng)機(jī)采用不同仿生葉片下的噪聲和氣動特性，表明采用仿生翼型可以有效提高多翼離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，減小噪聲；孟永哲等［7］對風(fēng)機(jī)?；O(shè)計(jì)中的葉輪-蝸殼匹配性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)采用最佳葉輪-蝸殼匹配方案時(shí)，葉輪流道內(nèi)的旋渦尺度與強(qiáng)度均有所減小，葉片通道內(nèi)流場分布更為均勻。

目前，針對多翼離心風(fēng)機(jī)的研究主要集中在氣動和噪聲特性方面，然而多翼離心風(fēng)機(jī)因其工作場景的特殊性而面臨著油性粒子沉積問題。廚房油煙通常是由氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)構(gòu)成的多相混合物，成分極其復(fù)雜，具有黏度高、易粘附的特點(diǎn)。風(fēng)機(jī)吸入大量廚房油性粒子會導(dǎo)致煙氣粒子沉積在葉輪、蝸殼等處，其中葉輪結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，葉片表面沉積大量油性粒子會造成風(fēng)機(jī)流量減少，噪聲和振動增大，給后期的運(yùn)行和維護(hù)帶來巨大壓力。

國內(nèi)、外針對粒子沉積問題開展了廣泛研究。Sreedharan和Tafti［8］提出的臨界黏度模型表明，當(dāng)粒子黏度低于熔融溫度對應(yīng)的臨界黏度時(shí)，粒子全部沉積。Brach和Dunn［9］基于Johnson-Kendall-Roberts理論［10］提出了臨界速度模型，認(rèn)為當(dāng)粒子以小于臨界值的速度碰撞壁面時(shí)，粒子將發(fā)生沉積，否則發(fā)生反彈。El-Batsh和Haselbacher［11］以臨界速度模型為基礎(chǔ)發(fā)展了考慮粒子粘附的沉積模型。

早期，學(xué)界對于粒子沉積的研究主要以實(shí)驗(yàn)為主［12-17］，隨著現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)的不斷發(fā)展，通過數(shù)值方法模擬粒子沉積的研究逐漸興起。針對粒子沉積的建模，以采用離散相模型實(shí)現(xiàn)為主，該方法不考慮粒子對連續(xù)流體運(yùn)動的影響，適用于粒子體積分?jǐn)?shù)不大于10%的情況［18］。賈會霞等［19］針對軸流式壓縮機(jī)入口級動葉，探討了粒子的運(yùn)動軌跡和葉片上粒子的沉積分布情況。周君輝等［20］研究了不同氣流進(jìn)氣角和不同粒徑對葉柵內(nèi)粒子運(yùn)動和沉積特性的影響，表明較大粒徑下粒子隨流性較差，較小粒徑粒子則相反。楊曉軍等［21］采用網(wǎng)格重構(gòu)技術(shù)，模擬了高壓渦輪葉片表面粒子的增長過程，表明粒子的沉積以及小粒子的陷入現(xiàn)象多發(fā)生于渦輪葉片壓力面前緣處。Yang等［22］研究了粒子在渦輪靜葉表面沉積對葉片表面冷卻性能的影響。郝子晗等［23］采用動網(wǎng)格更新技術(shù)，研究了粒子污染物在高壓渦輪動葉機(jī)匣表面的沉積特性以及沉積物對葉頂區(qū)域氣動和傳熱性能的影響。

研究人員對影響粒子沉積的因素也開展了大量研究。Casaday和Bonilla等［24-25］借助粒子加速沉積試驗(yàn)臺，探究了粒子粒徑對渦輪葉片表面沉積的影響，發(fā)現(xiàn)沉積率隨粒徑的增加逐漸增大。Rozati等［26］采用大渦模擬對飛灰粒子在某渦輪葉片前緣氣膜孔附近的沉積進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)隨著粒徑增大沉積效率提高，當(dāng)尺寸達(dá)到10 μm時(shí)，沉積率接近90%。Lundgreen等［27］發(fā)現(xiàn)粒子易沉積在渦輪肋壁和彎壁上，粒徑越大，粒子更多的在靜葉前緣滯止線周圍沉積，且隨著主流溫度升高沉積率增大。Laycock等［14］實(shí)驗(yàn)測試了鎳基合金試件表面的沉積特性，探討了主燃?xì)鉁囟群团R界速度對顆粒沉積分布的影響［28］。為研究渦輪端壁處顆粒物的沉積特性，徐致遠(yuǎn)［29］計(jì)算了粒徑為0.5～25 μm粒子在不同壁面溫度下的粒子碰撞和沉積率，結(jié)果表明，較低溫度時(shí)撞擊率較高，但沉積率隨溫度的升高而增大。此外，研究發(fā)現(xiàn)吹風(fēng)比、氣流入口角等也會顯著影響渦輪葉片表面粒子沉積速率的分布［20，30-34］。

綜上所述，有關(guān)粒子沉積的實(shí)驗(yàn)研究以及模擬仿真主要圍繞壓氣機(jī)等高壓高速葉輪機(jī)械展開，在風(fēng)機(jī)等低壓流體機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)此類研究涉及較少，而探討風(fēng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)油煙沉積機(jī)理，分析沉積規(guī)律并提出有效的改進(jìn)措施，對提高油煙機(jī)的效率和使用壽命具有重要的意義。與渦輪內(nèi)粒子沉積特性受氣體溫度影響較大不同，風(fēng)機(jī)內(nèi)粒子沉積一般不考慮能量交換，即忽略溫度影響。同時(shí)，粒子主要組分亦不同于渦輪，導(dǎo)致楊氏模量、泊松比等物性參數(shù)與渦輪內(nèi)粒子存在顯著差異。因此，本文針對油煙機(jī)用多翼離心風(fēng)機(jī)葉輪積油問題，基于臨界速度模型，建立了油性粒子沉積的數(shù)值模型和計(jì)算方法，并分析了葉輪及蝸殼的積油特性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種減少多翼離心風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)積油的方法，并通過實(shí)驗(yàn)和模擬證實(shí)了方法的有效性。

1.模型描述和網(wǎng)格劃分

根據(jù)方太廚具有限公司某型號油煙機(jī)，本文開展包含廚房區(qū)域的整機(jī)和單風(fēng)機(jī)兩類幾何模擬研究。建立了如圖1（a）所示的整機(jī)計(jì)算域，并將其分為廚房區(qū)域、油煙機(jī)區(qū)域、箱體和單機(jī)等部分，其中廚房區(qū)域尺寸為1 m×1 m×2 m。同時(shí)將內(nèi)置多翼離心風(fēng)機(jī)劃分為進(jìn)口域、蝸殼、葉輪、轉(zhuǎn)換段和出口域五部分，如圖1（b）所示。為保證出口段湍流充分發(fā)展，計(jì)算域出口向下游延伸0.3 m。

采用ANSYS ICEM對整機(jī)和單機(jī)計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格剖分，其中內(nèi)流特性較為復(fù)雜的風(fēng)機(jī)區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其余部分均采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。風(fēng)機(jī)單機(jī)模型網(wǎng)格如圖2所示。

2.數(shù)值方法與邊界條件

2.1.連續(xù)相控制方程

模擬中工作介質(zhì)設(shè)為20℃空氣，為三維不可壓縮流動且不考慮傳熱和能量損失。連續(xù)相介質(zhì)的控制方程如下。

連續(xù)性方程

Δ·U=0（1）

動量方程

式中：U是連續(xù)相流體速度；t為時(shí)間；ρ為連續(xù)相流體密度；p為流體壓力；μ為連續(xù)相流體的動力黏度。

本文采用realizable k-ε湍流模型模擬風(fēng)機(jī)流場。該模型在求解旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、強(qiáng)逆壓梯度的邊界層分離、二次流及回流等均有其獨(dú)特優(yōu)勢，方程如下

2.2.離散相控制方程

本文采用離散相模型追蹤油性粒子。假設(shè)油性粒子為均一的圓球形且忽略粒子自轉(zhuǎn)，則基于拉格朗日方法粒子的運(yùn)動描述如下

式中：CD為圓球阻力系數(shù)；Re為相對雷諾數(shù)；dp為粒子直徑；a1、a2和a3為常數(shù)，分別取值為0.519 1、－1 662.5和5.146 7×106。流體與離散相間為雙向耦合。

2.3.邊界條件及驗(yàn)證

考慮到流動雷諾數(shù)較高，且壁面附近流動對主流區(qū)域影響較小，采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)模型。進(jìn)口條件設(shè)為總壓入口，出口條件設(shè)定為靜壓出口，壓力和速度耦合采用SIMPLEC方法。為了獲得合適的網(wǎng)格精度，本文通過5組不同的網(wǎng)格，測試了網(wǎng)格數(shù)對計(jì)算結(jié)果的影響。圖3給出了不同網(wǎng)格數(shù)下葉輪出口處全壓的計(jì)算結(jié)果。由圖可知，隨著網(wǎng)格數(shù)增加，全壓初始逐漸增大，當(dāng)網(wǎng)格總數(shù)超過664.1萬時(shí)，全壓隨著網(wǎng)格數(shù)的增加基本不再變化。這表明選用664.1萬網(wǎng)格即可獲得網(wǎng)格獨(dú)立的結(jié)果，故后文將采用此網(wǎng)格數(shù)開展研究，具體各部分的網(wǎng)格數(shù)目詳見表1。為了驗(yàn)證數(shù)值模型選取的合理性，選取上述油煙機(jī)在廚房使用工況（轉(zhuǎn)速為1 231 r/min）進(jìn)行模擬，將模擬風(fēng)量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，結(jié)果如表2所示。由表2可知，整機(jī)風(fēng)量的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差為3.47%，誤差控制在較小范圍內(nèi)，表明了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4.粒子沉積模型

本文選取經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后的臨界速度模型［35］來模擬粒子撞擊表面后的粘附沉積過程。當(dāng)粒子撞擊壁面后的法向速度小于臨界速度ucr時(shí)，粒子沉積在固體表面，否則發(fā)生反彈。臨界速度ucr定義為

式中：K為有效剛度；ks和kp為與碰撞粒子、沉積表面的泊松比和楊氏模量有關(guān)的參數(shù)［9］；R為運(yùn)動恢復(fù)系數(shù)。當(dāng)穩(wěn)態(tài)流場達(dá)到收斂條件后再加入離散相模型，根據(jù)廚房油性粒子參數(shù)設(shè)置顆粒相。廚房油煙中存在多種成分，且主要以液態(tài)碳?xì)浠衔餅橹?。依?jù)實(shí)驗(yàn)所測得的平均分子量，本文選取FLUENT材料庫中fuel-oil-gas作為顆粒相，其平均分子式為C19H30，密度為960 kg/m3。粒子初始速度選取為0.05 m/s以表征其在空間中的自由擴(kuò)散速度。

3.數(shù)值結(jié)果與分析

3.1.粒子軌跡及沉積分布規(guī)律

在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 231 r/min工況下，分別模擬了粒子直徑為5 μm下單機(jī)與整機(jī)的粒子沉積分布情況，結(jié)果如圖4所示。

由圖可知，油性粒子沉積主要集中在葉片壓力面。這是由于，粒子進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪時(shí)，在慣性力的作用下直接撞擊風(fēng)機(jī)葉片壓力面，與其壁面發(fā)生多次碰撞而損失動能，因而法向恢復(fù)速度小，易小于臨界速度，故在壓力面形成沉積［19］。此外，粒子的沉積集中于葉片尾緣，整機(jī)沉積分布情況與單機(jī)類似，但靠近壁端處沉積情況更為嚴(yán)重。

為了研究粒子在葉片通道內(nèi)運(yùn)動和沉積規(guī)律的成因，圖5給出了葉片表面渦量分布情況。圖5表明，高渦量區(qū)域主要集中在葉片尾緣段，這是由于，氣流從進(jìn)入葉片到轉(zhuǎn)向蝸殼過程中氣流角度轉(zhuǎn)過90°，從而在葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生旋渦。同時(shí)，在蝸殼與葉輪之間，由于存在二次流，導(dǎo)致蝸殼與葉輪間隙內(nèi)存在渦旋［36］，二者相疊加，導(dǎo)致了葉片尾緣段渦量較大。低速旋渦處速度梯度大，致使粒子受到的黏滯阻力較大，粒子運(yùn)動軌跡因此變得紊亂，與壁面發(fā)生多次碰撞而沉積在壁面上。同時(shí)，由于渦旋強(qiáng)度大，粒子在渦旋的卷吸作用下撞擊葉片尾緣段，形成帶狀沉積段，導(dǎo)致葉片尾緣段沉積嚴(yán)重［23］。此外，由于整機(jī)條件下進(jìn)氣不均勻，其內(nèi)部流場更為混亂，渦旋表現(xiàn)出由葉片出口向進(jìn)口處延伸的趨勢，故在其卷吸作用下，整機(jī)的粒子沉積情況更為嚴(yán)重，且向葉片前緣有一定的發(fā)展，如圖4（b）所示。

圖6給出了單機(jī)和整機(jī)條件下動葉區(qū)內(nèi)油性粒子的軌跡圖。由圖可知，粒子經(jīng)風(fēng)機(jī)入口進(jìn)入動葉區(qū)后撞擊葉片壓力面后流出動葉區(qū)，同時(shí)粒子在動葉區(qū)內(nèi)二次流的影響下多次與葉片發(fā)生碰撞造成嚴(yán)重沉積。對于整機(jī)而言，受進(jìn)口條件的影響，在動葉區(qū)內(nèi)存在更為明顯的二次流，流道內(nèi)流動分離更為嚴(yán)重，低速流體區(qū)域較單機(jī)分布范圍更廣（見圖7）。由此造成粒子軌跡較為紊亂，粒子在部分葉片之間發(fā)生多次碰撞折射而造成更嚴(yán)重的沉積，這與圖4結(jié)果一致。

圖8給出了單機(jī)條件下蝸殼內(nèi)粒子的沉積分布。由此可知，沉積區(qū)域主要集中在蝸殼出口、蝸殼端壁和側(cè)壁銜接處及蝸舌處。這主要是因?yàn)槲仛ち鲌鲋芟蚍植疾痪仛こ隹趨^(qū)域存在較大的壓力梯度。在壓力梯度和離心力的共同作用下，會在出口處形成一個(gè)低速渦流［37-38］。另外，在端壁與側(cè)壁銜接處為流動死區(qū)，流體速度較小。因此，在上述區(qū)域沉積情況較為嚴(yán)重。

3.2.粒子直徑的影響

研究表明，廚房油性粒子粒徑主要分布在0.1～10 μm之間［39］，其中直徑小于0.5 μm的小粒徑粒子隨流性好，通常會隨著連續(xù)相流體一起排出風(fēng)機(jī)。因此本文選擇4種典型粒徑（0.5、2.5、5.0和10.0 μm）粒子模擬粒徑對沉積分布的影響。盡管單機(jī)和整機(jī)的粒子沉積分布規(guī)律存在一定差異，但整體上呈現(xiàn)出相似的趨勢。因此，為了減少計(jì)算時(shí)間，采用單機(jī)模型在轉(zhuǎn)速1 231 r/min工況下進(jìn)行模擬。表3與圖9分別給出了不同粒徑粒子在葉片表面的沉積速率和粒子分布情況。

由表3可知，隨著粒子直徑增大，沉積速率先下降然后逐漸增大。這是由于，小粒徑粒子慣性小，運(yùn)動軌跡貼合氣體流線，因此不易與葉片發(fā)生碰撞。此時(shí)粒子運(yùn)動主要依靠湍流擴(kuò)散，當(dāng)其與葉片壁面發(fā)生碰撞時(shí)，由于粒子速度較小且小于臨界速度，故與葉片碰撞的粒子幾乎全部發(fā)生沉積。當(dāng)粒徑增大至一定值時(shí)，流體對粒子的運(yùn)動影響程度減弱，此時(shí)粒子與葉片表面發(fā)生碰撞時(shí)的速度大于臨界速度，因此該粒徑下粒子不易沉積。隨著粒徑進(jìn)一步增大，慣性力逐漸起主導(dǎo)作用，粒子具有足夠的動能以偏離流線，脫離主流流體，并被流場中的渦旋結(jié)構(gòu)捕獲與壁面發(fā)生碰撞［40］。當(dāng)粒徑到達(dá)一定程度后被旋渦捕獲的粒子更多，故在大粒徑下葉片沉積情況更嚴(yán)重。同時(shí)在大粒徑下，粒子會先撞擊部分葉片的壓力面前緣，然后再撞擊葉片的尾緣，從而導(dǎo)致部分葉片前緣區(qū)域也發(fā)生沉積，如圖9（d）所示。

3.3.葉片優(yōu)化

以上研究表明，風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場對油性粒子沉積分布具有很大影響。因此，優(yōu)化葉片葉型，改善內(nèi)部流場對減少葉片積油量和提高油煙機(jī)工作效率至關(guān)重要。原始葉片出口角較大，葉輪流道內(nèi)的渦量多，發(fā)生流動分離的區(qū)域較多，低速區(qū)域范圍較廣，且風(fēng)機(jī)出口速度不均勻，葉片上粒子沉積也更為嚴(yán)重。同時(shí)，在大出口角下，蝸殼出口存在回流，一部分氣體自出口沿蝸舌流回到蝸殼下部，這部分回流會使流場更加紊亂，導(dǎo)致粒子與葉片表面碰撞更多，造成更為嚴(yán)重的沉積。因此，在原始葉型基礎(chǔ)上提出切割葉片的改進(jìn)方法。切割后的葉片，出口安裝角減小，同時(shí)出口流道面積減小，當(dāng)氣體流入尾緣段后，流道內(nèi)擴(kuò)壓度雖然稍有下降，但發(fā)生流動分離的區(qū)域減小，葉輪流道內(nèi)的渦旋減弱，導(dǎo)致粒子在流場中受旋渦結(jié)構(gòu)黏滯阻力影響較少，不易與壁面發(fā)生碰撞，沉積情況因此得到改善［40-42］。切割前、后的葉片如圖10所示。切割后，葉片包角由102.12°改為92.12°出口角由174.27°變?yōu)?64.27°，其他參數(shù)與原葉片保持一致。實(shí)驗(yàn)測得葉片切割后風(fēng)機(jī)流量下降了3.5%，全壓下降了20.5 Pa，對于油煙機(jī)性能影響較小，可滿足用戶實(shí)際需求。為了檢驗(yàn)優(yōu)化后的葉片對粒子沉積的改善效果，采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合驗(yàn)證。

為了凸顯優(yōu)化效果，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 231 r/min工況下，選擇10 μm粒徑對整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，以觀察優(yōu)化后葉片表面粒子的沉積情況，結(jié)果如圖11所示，優(yōu)化后的葉片較原葉片沉積情況明顯改善。此外，在寧波方太廚具有限公司油煙測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)備由油煙發(fā)生裝置和油煙機(jī)兩部分組成，如圖12所示。該裝置能模擬實(shí)際生活中廚房烹飪場景，可以長時(shí)間不間斷地產(chǎn)生大量的油煙氣體，在短時(shí)間內(nèi)模擬產(chǎn)生普通家庭較長時(shí)間的油煙產(chǎn)生量，以縮短積油實(shí)驗(yàn)周期，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)長為20 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出葉輪進(jìn)行稱量，記錄實(shí)驗(yàn)前后的葉輪質(zhì)量的增量，此增量即為不同粒徑油性粒子的堆積量。待葉輪完全冷卻后，進(jìn)行下一組測試，總共進(jìn)行了4組實(shí)驗(yàn)，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)平均值如表4所示。值得指出，由于模擬給定顆粒相的質(zhì)量流量且按照葉片平均表面積計(jì)算沉積速率，而實(shí)驗(yàn)是測定一定時(shí)間內(nèi)葉輪總表面積的增量，導(dǎo)致模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位并不相同，但二者一定程度上均可表征油性粒子的積油量［43］。從表4可以看出，實(shí)驗(yàn)測得優(yōu)化后葉片較原始葉片積油量下降了30.66%，與模擬值30.75% 吻合良好，由此表明本文提出的優(yōu)化方案能有效地降低風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)油性粒子的沉積。應(yīng)當(dāng)指出，上述實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果之間偏差可能由如下原因?qū)е拢孩僭陟o置冷卻的過程中，葉輪表面會吸附空氣中的水分、粉塵等微小粒子，而模擬中并未考慮這一現(xiàn)象；②模擬中考慮的是沉積嚴(yán)重的單一粒徑的理想情況，而實(shí)驗(yàn)條件下通常包含多種粒徑。

4.結(jié).論

本文基于離散相模型和臨界速度沉積模型，模擬預(yù)測了單機(jī)和整機(jī)系統(tǒng)內(nèi)不同粒徑對油性粒子沉積的影響，并分析了相關(guān)成因。在此基礎(chǔ)上，提出了一種減少多翼離心風(fēng)機(jī)積油的方法。主要研究結(jié)論如下。

（1）粒子沉積分布主要位于葉片的壓力面，且集中在尾緣處。相對于單機(jī)，整機(jī)進(jìn)氣條件較差，粒子沉積分布更廣泛且向前緣方向發(fā)展。

（2）隨著粒子直徑增加，在慣性力和旋渦結(jié)構(gòu)的共同影響下，葉片表面的粒子沉積速率先減小后增大。

（3）模擬研究發(fā)現(xiàn)，采用切割葉片減小葉片出口安裝角的方法能大范圍減小葉輪表面積油分布區(qū)域，積油量下降30.75%，與實(shí)驗(yàn)測量積油量下降30.66%吻合良好。

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