旋涡鼓风机的内流仿真与试验研究.pdf

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1、6FLUIDMACHINERYVo1．39，No．8，2011文章编号：1005—0329(2011)08—0006一o4旋涡鼓风机的内流仿真与试验研究胡四兵。董帆。钱勇。黄文俊，王鹏亮。饶杰(合肥通用机械研究院，安徽合肥230031)摘要：为研究与探索旋涡鼓风机内流机理，本文设计了一台旋涡鼓风机，应用CFD数值计算方法对流道压力、温度、马赫数等进行仿真，并以此开展不同间隙对旋涡鼓风机整机外特性影响的对比试验研究。关键词：旋涡鼓风机；计算流体动力学；外特性；性能试验中图分类号：TH44文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2011．08．002S

2、imulationandExperimentalStudyonFlowFieldofVortexBlowerHUsi-bing，DONGFan，QIANYong，HUANGWen-jun，WANGPeng-liang，RAOJie(HefeiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei230031，China)Abstract：Forthestudyandexplorationofmechanismsofflowfieldinavortexblower，thevortexblowerisdesigned．Andn—singCFDnumerical

3、methodtosimulatethepressure，temperatureandmachnumberete．ThencomparisontestsstudyonmachineexternalcharacteristicsofthevortexblowerwithdifierentclearanceiScarriedout．Keywords：vo~exblower；CFD；externalcharacteristic；performancetest1前言例关系以及叶片的相对高度和宽度都有建议或规定。，。旋涡鼓风机由于其流量小、压头高、体积小，作者参考文献[3]，设计了一台旋涡鼓

4、风机，结构紧凑、组装方便等优点，已被广泛应用于化设计流量Q=400m／h，设计压差大于等于工、石油、环保、核电消氢、医药卫生、食品加工等20kPa。工质为空气，进气条件为常温常压。叶轮领域。旋涡鼓风机的内部流动情况较为复杂，近及流道断面形状见图1，其中叶轮直径D=年，国内借助CFD开展了旋涡风机整机工作原理560mm，叶片、流道半径r=50mm，叶片数Z=45，模拟、利用速度三角形估算风机压升的方法的研叶片为直叶片，吸人、排出口直径~b85mm，叶轮端究，但对其内流机理研究不多¨J。为进一步深面与机壳静子间隙为图1中间隙．，叶轮外缘与入研究与探索旋涡鼓风机内流机理，作者设计一机壳

5、静子间隙为图1中间隙6。台旋涡鼓风机，应用CFD数值计算方法对叶道压力、温度、马赫数等进行仿真，并开展不同隔舌问隙对鼓风机整机外特性影响的对比试验研究。2试验用旋涡鼓风机旋涡鼓风机的工作原理决定了旋涡鼓风机适合用于高压比小流量的场合。其设计方法多采用模化设计方法或经验公式设计方法，现有设计参考资料对最佳流道形状及其各部分几何尺寸的比图1旋涡风机叶轮、流道断面示意收稿日期：201l一06—13修稿日期：201l一07—132011年第39卷第8期流体机械7将叶轮端面与机壳静子间隙6分别设置为条件，且不与外界进行交换。0．2ram、0．35ram、0．45ram，叶轮外缘与机壳静子计

6、算模型如图2所示。为旋涡鼓风机流场区问隙的值设置为固定的1．0mm。本文对间隙域的模型，图中绿色为鼓风机进口，蓝色为出口管6．值为0．2mm状态下的鼓风机进行CFD数值分道截面，红色为叶轮叶片。建立如图3所示的旋析，对叶道压力、温度、马赫数等进行仿真；然后对涡鼓风机数值计算网格，其中图3(a)、(b)表示不同6．值下的旋涡鼓风机进行试验研究。隔舌附近的网格结构剖分图。对于计算模型的网格划分采用六面体和四面体混合网格结构，3CFD数值分析壁面处网格适当加密以保证壁面附近流场参数的准确解析。为控制风机出口的回流现象，对出口在本文的计算中，假定工质为理想可压缩气管道进行了适当延长。为了

7、获得网格无关的准确体。控制方程采用Reynolds时均N—S方程，数解析。采用较密的网格，网格总数约为300万。值求解采用基于密度的显式时问推进法，湍流模计算中，选取时间步长为：2．275×10～S。型采用基于Boussinesq涡粘系数假设的标准K．￡湍流模型，近壁区的处理采用壁面函数法。控制方程对流项的离散采用二阶迎风格式，扩散项、源项的离散采用二阶中心差分格式。进口边界采用第一类边界条件，出口边界各速度分量均取为第二类齐次边界条件，压力边界采用第二类压力边界条件。(1)计算