流场仿真技术在空调器离心风机优化中的应用!.pdf

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1、KF流体机械.11!年第.L卷第M期流场仿真技术在空调器离心风机优化中的应用!春兰集团沈建春兰电器研究所孙庆宽杨亚东摘要探讨了流场仿真技术在空调器风机系统优化设计中应用的可行性并对柜式空调器室内离心风机系统的内部流动特性作了基于仿真计算结果的分析，其中的一些观点已得到了实验验证。关键词流场仿真离心风扇蜗壳!前言如下假设：（!）流动介质为单一组分的干空气；（.）空气在蜗壳中的流动为不可压缩的粘性流动，密流场仿真是利用计算流体动力学（"#$）技术度为常量（!0.12）。湍流模型及控制参数参见对特定的流动问题进行数值计算，以获得稳态或表!。非稳态的流场分布，并对仿真的结果进行专业化

2、表!湍流模型+)-*（%二阶非线性）分析、处理及显示。空调工程中的许多技术领域，边界条件34567、*8699:86、%;<=5>46、?>55诸如风机系统设计问题，包含对流、传导、辐射过物性参数密度!0!@.1ABCD

3、计算的初通过对上述湍流现象的深入研究，可以进一步加始条件。仿真分析的模型及离心风机系统结构如深对复杂流动问题本质的认识，对指导现有产品图!、.。性能的优化和新产品的开发有着非常重要的意义。本文着重对本公司某一型号柜式空调器的室内离心风机系统在蜗壳出口为敞口（即背压为!个大气压）情况下的离心风扇及蜗壳的内部流场做了基于非稳态的数值计算。并针对流场仿真计算的结果，定性分析了影响离心风机系统气动性能的主要因素，并将部分分析的结果应用于柜机室内降噪工作，并取得了较好的应用效果。另外，作为验证，本文还对改进前、后的离心风机系统进图!仿真分析模型行了仿真对比分析，并通过风机气动性能实验证

4、明了仿真分析的正确性。./.仿真计算稳定的判断离心风机非稳态仿真计算稳定的判断依据之.计算方法一是蜗壳进出口的压差"#随时间的脉动趋于等幅震荡。图E表示非稳态计算初始一段时间内的./!定解条件及仿真模型压差脉动的时域分布。从图中可以看出计算的初对处于敞口状态下离心风机系统的仿真基于始时刻压差有较大的波动，随着时间的推进，蜗壳!收稿日期：.111—!.—1!-./0%1，2.0,，%""*3456789:;62<=>’,出口压差在经过一个平衡期后，开始进入以中心图+表示了室内离心风机系统轴向截面的速压力为!"#$的不等幅震荡。度场分布。图+轴向截面的速度场分布图%离心风机系统结

5、构从图中可以看到，由于引风罩的导流作用，气体在进入叶间流道之前流动方向需要发生转变，同时由于气体流动惯性的影响，使得沿离心风扇轴方向叶片气流入口处的速度场分布很不均匀。如果风扇与引风罩之间的轴向间距过小，将会导致通过离心风扇上部的气流量减少；如果风扇与引风罩之间的轴向间距过大，将会导致通过离心风扇中下部的气流量减少。这两种情况都会使风扇的有效轴向长度得不到充分利用，使其效率下降。图&非稳态计算初始压力脉动另外，值得注意的是蜗壳进口处凸台对流场的影响。从图示的速度场分布来看，进口处凸台对流体的流动有明显的阻碍作用，这对风机系统的效率提高及噪声降低都是不利的。对于一定形状和进风面

6、积的引风罩，存在一个理想的轴向间距；引风罩的有效进风面积与叶轮之间的径向间隙同样对系统的气动性能有较大的影响。图’非稳态计算稳定时压力脉动当仿真计算进行到&(’个离心风扇的旋转周期后，蜗壳出口压差开始进入到等幅震荡。一般认为，此时离心风扇的内部流场已达到稳定状态，如图’所示。&仿真结果分析与实验研究图!不同轴向间隙的风机性能曲线&)*风扇与引风罩的轴向间距对流场及性笔者在风机试验台上实验验证了风扇与引风能影响的仿真分析罩之间的轴向间距!对系统气动性能数的影响。98流体机械)%%,年第):卷第*期图!是在不同轴向间隙!下的腔室静压与体积面的，不仅与风扇、蜗壳等主要零件的设计有关

7、，流量的关系曲线。它们之间的气动匹配关系失调也应是导致这种现在腔式静压"#$#%&’之间，轴向间距对风系象的重要原因。作为探讨，本文提出针对流场分统性能参数的影响较为明显，在同样的压阻条件布不均匀问题的几种解决方案，但对其可行性尚下，随着间距的增大，体积流量有递减的趋势。需要流场仿真与实验的进一步验证。"()蜗壳内部流场的仿真及优化分析（,）保持现有蜗壳的型线不变，调整离心风扇图*表示了靠近叶轮底部截面的速度场分叶片的出口安装角。由于叶片的出口安装角变化布。幅度太大必须改变蜗壳的型线，故变出口安装角应限