4 计算结果及分析

数值计算额定 转速 为 2900r /m in, 进 口边 界条 件取 无预旋, 总压为 101325Pa 总温为 300K (此处总 温、,总压 值为假定周围大气流速为 0时 的测量 值 ), 出 口给定 流量 和流场 初始压力。进口轴向 进气, 给定 静温 和轴向 进口 速度, 出口 给定的背压为大气压力。

4. 1 计算结果的可靠性与实用性分析

图 1给出了试验 和计 算的 绝热效 率和 压力系 数随 流量

图 1 流量系数曲线

4. 2 流场结构分析比较

蜗壳的高度非 对称 特性表 明, 叶轮、蜗壳 相互 作用 会引起流场的非对称性及 复杂涡系结构 。本文对 某包含离心叶轮与蜗壳一体的离心风机 进行了整机仿 真计算, 下面就蜗壳内部流场的不均 匀性和不对称性进行详细分析。图 3给出了蜗壳 进口 处的 静压在 设计 工况与 变工 况下的变化曲线图。其 中 Q 为设 计流 量, 017Q 为 017 倍设 计流量, 相对为小流量, 11 4Q 为 11 4倍设 计流量, 相 对为大 流量,H为周向角 ( 见图 2)。由图 3可以看 出, 在 变工 况时周 向静压波动很大, 特别 是在 蜗舌 ( 见图 2)附 近, 压力先 急剧 下降后急剧上升, 这说明 在变工 况时, 蜗 壳内气 流沿 周向流 动是非常紊乱的, 尤其是 在蜗舌 附近, 气 流先加 速后 减速致 使流动恶化。只有在设计工况下, 气流沿蜗 壳周向的流 动比较均匀, 因此压力尽管有波动但相对比较平 稳, 特 别在蜗舌 处, 压力未出现强烈 的波 动。从整 体来看, 蜗 壳结 构, 特 别是 蜗舌及其邻近的蜗壳流道 对小流量时的空气流动影响显著。受叶轮出口气流 分布不均以及蜗壳流 道不对称的 影响,蜗 壳入口气 流沿周 向和轴 向分布 都不均 匀。图 4是 各叶轮通道 (见图 2)的 流量分 布图, 由该 图可 明显 看出, 对于 带蜗壳的离心风机 由于蜗壳的影响, 各个叶 轮通道出口 流量相差很大, 如果用单一通 道模式 来计 算, 很难准 确把 握这 种非对称 性。图 5是 *大效 率工况 下的叶 轮中心回 转面蜗 壳相对总压分布图, 由图可 以明显 看出, 在 蜗壳内 部远 离蜗 壳出口叶轮产生的压 比较大, 而在靠近蜗壳出 口附近叶轮 产生的压系数变化的无 量纲性能曲线图。图 1( a)表示 试验和 计算的绝热效率随流量系数的 变化, 其中 x 轴代表流量系数, y 轴代表绝热效率; 图 1( b) 表示 试验 和计 算的压 力系 数随 流量系数的变化, 其中 x 轴代表流量系数, y 轴代表 压力系数。从图中可以看出, 计算性 能与已 有的 试验数 据吻 合较 好, 误差均在 5% 以内, 证明了数值仿 真方法的 可靠性。 但由于 计算模型中网格数目 、网格 质量、数值 结果 带有一 定的 非定 常波动特性均会对计 算结果 产生 一定的 误差。但 是由 于试 验条件的限制, 无法对内部流动流场细节进行 测量, 同时, 试验费用昂贵, 这说明数值仿真方法在流场分析 及工程设计 中具有试验所无法替代 的实用性。

4. 1 计算结果的可靠性与实用性分析

图 1给出了试验 和计 算的 绝热效 率和 压力系 数随 流量

4. 2 流场结构分析比较

蜗壳的高度非 对称 特性表 明, 叶轮、蜗壳 相互 作用 会引起流场的非对称性及 复杂涡系结构 。本文对 某包含离心叶轮与蜗壳一体的离心风机 进行了整机仿 真计算, 下面就蜗壳内部流场的不均 匀性和不对称性进行详细分析。图 3给出了蜗壳 进口 处的 静压在 设计 工况与 变工 况下的变化曲线图。其 中 Q 为设 计流 量, 017Q 为 017 倍设 计流量, 相对为小流量, 11 4Q 为 11 4倍设 计流量, 相 对为大 流量,H为周向角 ( 见图 2)。由图 3可以看 出, 在 变工 况时周 向静压波动很大, 特别 是在 蜗舌 ( 见图 2)附 近, 压力先 急剧 下降后急剧上升, 这说明 在变工 况时, 蜗 壳内气 流沿 周向流 动是非常紊乱的, 尤其是 在蜗舌 附近, 气 流先加 速后 减速致 使流动恶化。只有在设计工况下, 气流沿蜗 壳周向的流 动比较均匀, 因此压力尽管有波动但相对比较平 稳, 特 别在蜗舌 处, 压力未出现强烈 的波 动。从整 体来看, 蜗 壳结 构, 特 别是 蜗舌及其邻近的蜗壳流道 对小流量时的空气流动影响显著。受叶轮出口气流 分布不均以及蜗壳流 道不对称的 影响,蜗 壳入口气 流沿周 向和轴 向分布 都不均 匀。图 4是 各叶轮

通道 (见图 2)的 流量分 布图, 由该 图可 明显 看出, 对于 带蜗壳的离心风机 由于蜗壳的影响, 各个叶 轮通道出口 流量相差很大, 如果用单一通 道模式 来计 算, 很难准 确把 握这 种非对称 性。图 5是 *大效 率工况 下的叶 轮中心回 转面蜗 壳相对总压分布图, 由图可 以明显 看出, 在 蜗壳内 部远 离蜗 壳出口叶轮产生的压 比较大, 而在靠近蜗壳出 口附近叶轮 产生的压

 

 

比较小, 这是由于气 流在叶 轮出 口之后 在蜗 壳内部 积聚, 然后再增速从出口排出 , 这说明蜗壳的存 在对叶轮流 场的影响非常显著。

图 6是蜗壳周向截面上的相对马赫 数分布图, 图 7是 S1截面 ( 见图 2) 上的速度矢量分布 图。从图中可 以看出, 靠近蜗壳出口处与蜗壳其余区域相 比有大范围的 低速区, 图 7即是该区域的轴向截面图的速度 矢量分布图, 从图中 明显可以看出在蜗壳通道中 部以 及靠近 蜗壳 外壁区 域有 明显二 次流及其形成的漩 涡, 造 成该区 域流 场严重 堵塞, 也 使蜗 壳内部流场变得极不 均匀。因 此出口 气流 的不均 匀分 布以 及蜗壳流道的不对称 性产生的 二次流 及其 漩涡是 造成 蜗壳 内部流场不对称性的 主要因素。

5 结论

1)叶轮出口流动对蜗壳内的流动影响 较大, 而 蜗壳的不对称结构对叶 轮出口流动的反作用亦不能忽视。

2)受叶轮出口气流 分布不 均以 及蜗壳 流道 不对 称的影响, 蜗壳入口气流沿周向和轴向分布都不均匀。本 次数值 仿真很 好地捕 捉了离 心风机内 部许多 重要的流动现象, 这些现象 表明了 离心 风机内 的流 动非 常复杂, 属于全三维的粘 性流动, 准确反映了蜗壳 与叶轮之间 的相互作用, 为风机的 设 计和 性能 优 化提 供了 可 信的 理 论依 据。因此, 在某些简化模型下对风机内某个部 件或某个流 道做的数值仿真并不能准确反映 蜗壳与叶轮之间的相 互作用, 也很难为风机的设计 和性能优化提供可信的理论依据。

 

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