对于双进气后向离心风机的气动性能数值模拟及其改进

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FLUIDMACHINERYVo1．43，No．6，2015文章编号：1005—0329(2015)06—0044—03双进气后向离心风机的气动性能数值模拟及其改进常超，何奕为，吴俊峰，丁强民。黄文俊，朱晓农(1．合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点实验室合肥压缩机技术省级实验室，安徽合肥230031；2．上海交通大学，上海200240)摘要：首先对某双进气后向叶片的离心风机性能进行试验和数值模拟对比，验证数值模拟结果的精度及有效性；然后在叶轮前盘、轮盘形状和叶片数都相同的情况下，分析了改进叶片型式风机的性能变化。数值模拟结果表明，改进方案风机的全压更高、效率更高，尤其是在大流量区，效率提高5％以上。关键词：离心风机；双进气；数值模拟；性能中图分类号：TH432文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2015．06．010AerodynamicPerformanceNumericalSimulationandImprovementofDoubleInletBackwardCentrifugalFanCHANGChao，HEYi—wei，wuJun—feng，DINGQiang—min，HUANGWen—inn，ZHUXiao—nong(1．StateKeyLaboratoryofCompressorTechnology，AnhuiProvinceKeyLaboratoryofCompressorTechnology，HefaiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei230031，China；2．ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Firstdotheperformanceexperimentandnumericalsimulationcompassionofadoubleinletbackwardcentrifugalfantovalidatetheprecisionofthenumericalsimulationresultandeffectiveness；Thenundertheconditionofthesameshapeofimpel—lerfrontcoilandwheelandthesamenumberofblade，analysistheperformanceofimprovedbladetypefan．Itwasfoundthatthetotalpressureandtheeficiencyofimprovedfanwashigherbynumericalsimulation，especiallyinthebigtrafficarea，theefficien·cyoffanwasimprovedmorethan5％．Keywords：centrifugalfan；doubleinlet；numericalsimulation；performance1引言并以Matlab软件为工具编写出叶片设计的计算程序。文献[6]利用NUMECA软件对一离心风离心风机广泛应用于能源动力、石油化工、冶机的孤立叶轮进行气动优化研究，将原始叶片的金等工业领域中，同时也是主要耗能设备之一，如叶型中弧线进行优化，以提高叶轮的绝热效率。何提高其能源利用率是当前科研人员所面对的主文献[7]采用ECGA算法进行风力机风力叶片的要问题l2J。离心风机的能量损失包括流动损优化设计。文献[8]也利用数值模拟方法对风机失、容积损失和机械损失，以流动损失为主。叶片进行优化设计。综上所述，国内外学者对风离心风机的叶片对叶轮内部流动起主要作用，合机的性能优化设计做了大量工作，而且主要着重理的叶轮型式和叶片型式能有效提高离心风机的于叶片型式优化方面，说明叶片型式优化确实对气动性能。文献[4]对后向式长短叶片风机进行风机的性能提高方面有显著的作用。了数值研究，得到短叶片的周向位置对风机性能本文研究对象是某双进气后向大流量离心风起重要作用的结论。文献[5]对依照Wilson优化机，特别是针对该风机的大流量区进行研究。首设计方法得出风力机叶片优化设计的数学模型，先将原型风机的计算结果同试验结果进行对比，收稿日期：2014—12—19修稿日期：2015—06—17基金项目：安徽省自然科学基金资助项目(1408085MKL58) 2015年第43卷第6期流体机械45验证数值模拟的精度以及有效l生；然后在保证叶轮数值模拟结果较实测结果小，全压效率值较实测前盘、轮盘形状和叶片数都相同的情况下，用数值值低，偏低约5％，达到一定流量后，数值模拟结模拟方法重点研究改变叶片型式对风机气动性能果反超实测结果。数值模拟全压、全压效率与实的影响，对高效离心风机的设计提供了有益探索。测结果最大偏差均在5％之内，在大流量区最大偏差在3％之内，说明了本文的计算模型和计算2计算模型及方法方法的正确性，对模型改进具有一定的指导意义。2．1计算模型原型机为RDK6．3型双进气后向离心通风邑机，设计流量点为22000m／h。图1所示为叶轮斛结构，叶轮主要几何参数见表1。图2原型机性能曲线对比图4改型设计及结果分析由原型机数值模拟和试验结果可知，在中小图1风机叶轮结构示意图流量区风机全压效率在75％以上，但在大流量区表1RDK6．3型风机叶轮主要几何参数全压效率在70％以下。在实际应用中，风机的使参数数值用工况是一个范围，若风机经常在大流量区工作叶轮直径D：(mm)630的话，就会导致风机耗能偏高。本节针对大流量叶片进口直径D(mm)376．9区效率偏低问题，在保证叶轮外径以及前盘形状叶片进口角0。(。)17．5不变的前提下，对原型机的叶片型式进行改型设叶片出口角0：(。)38计。为了便于比较，分别对原叶片的进口直径圆弧叶片半径R(mm)465D、进口角度0、圆弧叶片半径、叶片数z进行叶片数Z(片)12工作转速(fmin)1450改变并做互相对比。表2为各改进方案叶片几何参数，图3为两种叶片型式比较。2．2数值模拟方法表2各改进方案叶片几何参数网格采用四面体非结构化网格，叶片区单通参数名方案1方案2方案3方案4道网格数目87451，叶片区总网格数1049412，风D1(mm)356．9356．9366．9366．9机网格数1358651，总网格数2408063。0(。)101017．517．5数值模拟采用Fluent软件，计算区域主要分0(。)38383838为3个部分：进口集流器、蜗壳和叶轮。该风机内R(mm)465465432465z(片)1212121O部流动马赫数较低，可以认为是三维粘性不可压叶片型式1222缩流动，湍流模型选择k一8模型，压力速度耦合方法采取SIMPLE算法，松弛因子采用Fluent默认值。进口采用速度进口，出口为压力出口条件，壁面为无滑移边界。3模拟结果与试验结果对比分析原型机气动性能数值模拟结果与试验结果对(a)叶片型式1(b)叶片型式2比如图2所示，从图中可以看出，在小流量区全压图3两种叶片型式 2015年第43卷第6期流体机械81[2O]卢春萍，师涌江，田海川．太阳能一空气源热泵并联212_2l7．供热系统模拟研究[J]．流体机械，2008，36(7)：[28]陈坤杰，李娟玲，张瑞合．热泵干燥技术的应用现状76_79．与展望[J]．农业机械学报，2000，(5)109-111．[21]杜垲，张建成．分离式热管回热器用于热泵干燥系统传[29]符汉洪．强自吸双吸循环水泵故障多发的原因分析热分析[J]．中国电机工程学报，2001，21(12)：5033．与对策[J]．化工设备与管道，2014，51(3)：53—55．[22]郭仁宁，任常在，冯新伟．变频回热式热泵烤烟房的[30]杨圆明，扈继承，张玉丰．蒸汽发生器水压试验后干研究[J]．黑龙江农业科学，2012，(3)：139—142．燥技术探讨[J]．压力容器，2015，32(1)：76-80．[23]王剑锋，欧阳应秀，朱永雷，等．相变材料应用于热泵干[31]陈云，舒水明，丁国忠，等．高温混合工质空气源热燥的实验研究[J]．太阳能学报，2OO2，23(1)：22—26．泵性能试验研究[J]．流体机械，2013，41(12)：1-5．[24]王建安，武圣江，郭燕，等．纳米涂料对密集烤房烘[32]曲明璐，王坛，陈剑波．采用多环路室外机的空气源烤性能及烟叶质量的影响[J]．云南农业大学学报，热泵除霜特性试验研究[J]．流体机械，2014，422011，26(3)：400404．(11)：59_62，33．[25]张乐平，孙山林，柴沁虎，等．一种具有辅助进气口[33]余克明，王崎．热泵干燥技术的发展及其应用的前的空气源热泵的试验研究[J]．流体机械，2007，35景[J]．能源技术，20oo，(1)：36—37．(7)：52—56．[34]刘贵珊，何建国，韩小珍，等．热泵干燥技术的应用现状[26]张绪坤，毛志怀，李华栋，等．热泵流化床组合干燥与发展展望EJ]．农业科学研究，2006，27(1)：4649．胡萝b丁的试验[J]．农业机械学报，2006，37(3)：1j1』1J41．44．作者简介：赵宗彬(1986一)，男，硕士，工程师，主要研究方[27]吕金虎，赵春芳，李金成．热泵干燥技术在农副产品向为热泵节能新技术、热泵空调检测技术的研究与应用等，通讯加工中的应用与分析[J]．农机化研究，2010，(1)：地址：230031安徽合肥市长江西路888号合肥通用机械研究院。(上接第46页)附近效率提高约3％，在超过10％设计流量点附从图(a)、图(b)中可以看出在中大流量区，近效率提高超过5％，且随流量增加效率提高值全压、静压的增加较小流量区明显；从功率曲线上增大，表明本文改型设计效果明显。也可看出，在中大流量区功率消耗增加也是较小参考文献流量区明显。效率方面，改进前风机效率最高点在20000m／h，偏离风机设计点，而改进后的风机张金凤，袁野，叶丽婷，等．带分流叶片离心叶轮机械研究进展[J]．流体机械，2011(11)：38—44．效率最高点正好在设计点22000m／h附近。在石雪松，邱明杰．新型工业化时期我国离心风机行20000m。／h以下，改型机效率与原型机相差不多，业发展趋势分析[J]．通用机械，2009(1)：15-21．在22000m／h以上，改进型风机效率比原型机效李庆宜．通风机[M]．北京：机械工业出版社，1981．率高，且随流量的增加效率差值增大，在阳诚武，昌泽舟．后向式离心通风机长短叶片的数25000m／h以上，改进型风机全压效率较原型机值研究[J]．风机技术，2012(2)：23~6．效率高5％以上。因此改进风机无论是做功还是张明辉，万全喜，吴家龙．基于Mmlab与Solidwo~s方法的风力机叶片优化设计[J]．流体机械，2012，效率方面，在大流量区均优于原型风机。40(11)：4145．邓敬亮，楚武利．离心风机叶轮叶片气动优化研究5结论[J]．流体机械，2013，41(7)：2640．刘雄，陈严，叶枝全．遗传算法在风力机风轮叶片优(1)对原型机气动性能进行了数值模拟和实化设计中的应用[J]．太阳能学报，2006，27(2)：验测试，数值模拟结果与实验测试结果偏差均在180．185．8％以内，说明了本文的计算模型和计算方法的正王吴，吴亚东，欧阳华．基于数值模拟的离心风机性能优化[J]．流体机械，2011，39(5)：5_9．确性，对模型改进具有一定的指导意义。在缺少样机做对比试验的情况下，可以用数值模拟的方作者简介：常超(1989一)，男，工程师，研究方向为风机的研法近似计算模型的性能。究和设计。(2)改进型风机效率在小流量区与原型机效通讯作者：何奕为(1992一)，男，本科，通讯地址：200030上率基本相同，在大流量区效率提升明显，在设计点海交通大学机械与动力工程学院热能动力叶轮机专业。