对旋式轴流通风机特性计算

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1、对旋式轴流通风机特性计算任雄苏莫明周红梅/西北工业大学李泰勋/沈阳鼓风机通风设备有限公司摘要：提出了一套计算设计点及非设计点的损失模型，应用所提出模型对某型对旋式轴流通风机的性能特性进行预测计算，计算结果与样机试验测试结果对比，效果良好。关键词：对旋式轴流通风机；损失模型；特性线中图分类号：TH432.1文献标识码：B文章编号：1006-8155（2007）04-0032-04TheCharacteristicCalculationforContra-rotatingAxial-flowFansAbstract:Thepaperprovidesasuitoflossmodelsabout

2、calculatingdesignandoff-designpoints.Theperformancecharacteristicsofacontra-rotatingaxial-flowfanarecalculatedbytheapplicationofmodels.Thecalculationresultisbetterthanthetestresultofmodels.Keywords:contra-rotatingaxial-flowfan；lossmodel；characteristicc60引言在两级的轴流通风机中，有一种很好的设计方案，即将一个叶轮装在另一个叶轮的后面，而叶

3、轮的转向彼此相反，称为对旋式轴流通风机。由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率较高的特点，所以成为我国煤矿井下、铁路和公路隧道工程中广泛使用的通风设备。在设计中，许多用户要求所设计通风机不但要满足长期运行的工况，还要同时满足其他转速的其他工况的要求，而这些工况之间流量和压力差别极大，完全不能采用模化设计来实现。这就要求在设计阶段必须知道通风机的性能曲线，从而通过优化设计来兼顾多个工况需要。通风机的优化设计和性能预测，其数学模型的建立对结果的优劣有着至关重要的影响。目前，有关通风机整机损失数学模型的描述多基于逐一分析流道中可能出现的

4、损失，用简单的公式来表达流场与损失的关系，然后把各项损失进行叠加，以此进行性能的计算。这种方法过于依赖相关的经验系数，而且这些系数的取值范围较宽，无法根据具体的流道形式进行合理的选取，同时忽略了各项损失间的相互影响和相互作用，因而与实际情况差异较大。本文从工程实际出发，考虑流场内部的实际流动状况，建立起一个适合工程实际需要的通风机整机损失模型，以达到较为准确地预测通风机整体性能并进行优化设计的目的。1对旋式轴流通风机特性计算采用一维特性计算方法计算所给样机的性能特性，将计算站取在叶片进出口截面的平均半径处，根据给定样机的设计参数、结构参数和设计点损失，计算样机在设计状态下各级进出口截面平

5、均半径上的速度三角形，对于非设计工况，结合针对非设计点的损失模型，在不同的流量下，沿各叶片排求解连续方程和欧拉功方程，得到各级进出口截面平均半径上速度三角形（图1和图2为对旋式轴流风机前、后叶轮速度三角形示意图）。轴流通风机每一级的全压为该级出口实际总压与进口实际总压之差，即（对于对旋式轴流通风机，等于1、2）。为已知条件，可根据转子出口等熵滞止总压公式6转子总压恢复系数关系式相对总压与绝对总压关系式联立求得。以上式中为转子周向速度；为转子扭速在周向的投影；为总压损失系数；为进口相对速度系数；为进口总温；、分别为转子进、出口平均半径。对于对旋式通风机，前面叶轮的出口参数即为后面叶轮的进口

6、参数，通风机的全压为两级叶轮全压之和减去通风机进口、出口段压力损失，这部分损失一般可以由试验测得的经验公式表示。这样对旋型通风机的全压即可用公式表示为通风机的全压效率为通风机的有效功率与其轴功率之比，即式中为容积流量；为通风机的轴功率。图1对旋式轴流风机前叶轮速度三角形6图2对旋式轴流风机后叶轮速度三角形2损失模型利用收集的有关损失模型的文献，充分考虑对旋式轴流通风机的特点，建立了如下的一套计算设计点及非设计点的损失模型的组合。2.1设计点损失模型在基准最小流入角的状态下，设计点损失关联式的具体表达形式如下：式中为进口绝对速度；为出口绝对速度；为最大厚度；为稠度；为进口气流角；为出口气流

7、角。首先计算出中间变量设计扩散因子和设计动量厚度，最终求出设计损失。2.2非设计点损失模型在非设计状态下特性预估用到的非设计损失模型具体表达式为当当式中为实际攻角；为设计攻角；为设计状况下气流转折角；为非设计损失。非设计的损失模型是在设计点的损失模型的基础上加入了非设计的修正得到的，因此设计状态下的模型对通风机特性影响最为显著，设计状态下的模型的准确程度是预估非状况下损失的前提保证。3算例及分析3.1计算样机主要设计参数和结构参数试