高性能風機現(xiàn)代設計方法的探究

　　風機結(jié)構(gòu)簡單，但流道結(jié)構(gòu)復雜，且是擴壓流動，很易引起嚴重的分離流，同時又有動、靜部件，不僅是不定常流，而且動、靜部件間的間隙又產(chǎn)生二次流，所以風機內(nèi)部流動是復雜的不定常三維流動，數(shù)值模擬十分困難。

　　限于目前計算條件，工程上對風機流場的數(shù)值模擬均按準定常計算，且多采用相對簡單、但很流行的湍流模型計算，但模型只適合于小分離流，也不能正確定量流動細節(jié)，但根據(jù)文獻調(diào)研和九洲普惠的經(jīng)驗，對于氣動力設計良好的風機，在設計工況附近，用湍流模型和準定常處理，對于風機的氣動性能的數(shù)值預估是完全可以做到和實測結(jié)果吻合很好。另一方面，由于有了很多的關于風機三維粘性流動數(shù)值模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)過去按一維、二維理想流的工程設計中的一些重要的經(jīng)驗數(shù)據(jù)（也可稱為設計準則），其中許多需要修改。

　　九洲普惠以離心風機而論：例如按Eck理論，最佳氣流進口角為35.4°，設計時還應考慮有攻角，所以一般設計葉片幾何進口角為37°～38°，實際上，按數(shù)值優(yōu)化結(jié)果，可以小到27°；又如按工程方法，如全壓不夠，可增大葉片幾何出口角來補救，但數(shù)值優(yōu)化結(jié)果是葉片幾何出口角到一定數(shù)值（如81°）后再增大，全壓反而會下降；又如Eck認為進口加速系數(shù)應大于1，這樣葉輪進口是加速流動，可減少進口分離，后來我們認為減少葉輪進口流動速度能改善葉輪流動，所以按經(jīng)驗，建議可取0.7~0.8，實際上按數(shù)值優(yōu)化可小到0.6；其它還有一些準則也應該改變，這里不能一一而論。

　　這些參數(shù)的變化，對風機的氣動力圖改變很大，對氣動性能影響也很大，所以原有的工程方法需要改進。當然改進內(nèi)容還應包括葉片流道的流型選取和提出新的結(jié)構(gòu)等。如我們利用航空上吹氣邊界層控制原理，提出長短葉片開縫結(jié)構(gòu)，縫隙大于10mm，可確保縫隙不會堵塞，這種結(jié)構(gòu)可擴展風機工作的高效區(qū)，大大改善非設計工況性能。所有這些在現(xiàn)代設計方法中稱為改進的工程設計方法。

　　所以現(xiàn)代設計方法內(nèi)容是：首先根據(jù)改進的工程設計方法給出綜合性能較好的風機通道型線；然后數(shù)值模擬風機整機（包括進風口－葉輪－蝸殼，且考慮間隙）三維粘性流動，來分析比較其內(nèi)部流場，為改進設計提供依據(jù)，同時進行優(yōu)化計算，好中選優(yōu)，優(yōu)化目標是在滿足風量和風壓的前提下，效率越高越好；最后通過樣機研制和現(xiàn)場性能試驗來檢驗和修正設計方法并得到高性能產(chǎn)品。這里改進的工程設計方法是數(shù)值優(yōu)化計算和高性能產(chǎn)品設計的基礎，數(shù)值模擬是關鍵，其難點是如何使它對風機氣動性能預估能和實測結(jié)果吻合。現(xiàn)場性能試驗用來修正設計和改進數(shù)值模擬方法。經(jīng)過這樣多次循環(huán)，最后獲得高性能的風機產(chǎn)品。

由于數(shù)值模擬是現(xiàn)代設計方法的關鍵和難點，這種方法目前只能優(yōu)化設計和預估風機氣動性能，不能預估噪聲，這是由于離心風機還無法預估噪聲，而本方法中的改進工程設計已考慮到低噪聲風機設計要求，這樣，一般而言，高效率就意味著低噪聲。

標簽: 九洲普惠風機離心風機

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點擊次數(shù)：更新時間：2015-06-27 12:05:26 【打印此頁】【關閉】

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