多翼离心风机动力叶轮及排气蜗壳联合设计

发布时间：2020-06-03 22:18

【摘要】：多翼离心风机因其大轮径比、前弯叶片多、流量系数大、噪音低等优点,在空调领域得到广泛应用。本文以某型空调离心风机为研究对象,以风机额定工况下的全压效率为目标,采用CFX软件针对原型及改型进行了数值模拟研究。并探究了离心风机二维非定常流动特征。针对风机的原始模型进行了三维数值仿真及分析,并对仿真结果如速度、压力、涡量、流线等进行了分析。结果表明:原型风机效率较低为41.04%,风机出口处有一个较大旋涡,且叶轮前盘二次流明显,由于蜗壳斜切过度,叶道内边界层分离严重。综合分析发现不合理的蜗壳设计会导致风机性能较低。在原型仿真的基础上,采用独立经验设计方法,重新设计风机蜗壳,并对改型进行了仿真。改型风机效率为59.83%,较原型提升了45.78%。结果表明改型方案较之原型出口旋涡区基本消失,且较大程度消除了由于斜切过度造成的叶轮流道流动分离现象,效率得以大幅提升。然后在不等边基蜗壳型线改进基础上探究出口上凸、直线、下凸三种型线对风机性能的影响规律,发现出口型线方案中直线型时风机效率最高,但型线对风机效率影响较小。在直线型出口段型线基础上,继续探究了45°、30°、15°三种出口段扩张度对风机性能的影响,发现随着出口扩张角的减小,出口面速度分布趋于均匀,出口段低速区面积不断减小,但蜗舌处旋涡强度有所增加,且扩张角为30°时风机效率最高。在蜗壳改型设计的基础上,对叶轮进行改型设计,依次探究了叶片数、出口角、入口角三种主要结构参数对风机效率的影响规律。最终结果表明:叶片数方案为42、47、52时,随着叶片数的增多,风机的效率不断提升,且叶片数对效率影响较大;叶片出口角方案为149°、165°、170°时,随着出口角的不断增大,风机的效率不断提升,且出口角对风机效率影响较大;叶片入口角方案为72.5°、63°、54°时,随着入口角的较小,风机效率先增后减,但效率变化很小。最终的最佳方案叶片数为52、出口角为170°、入口角为63°。完成了二维风机定常及非定常数值模拟,然后在定常结果基础上分析了叶片尾迹-射流现象;通过非定常数值结果研究离心风机的非定常流动特征,结果表明喉部及叶片表面压力波动幅度大,为风机主要噪声源。
【图文】：

有限体积法无论网格粗细，离散方程均可保持积分守恒，这是其突网格适应性高，应用范围广，计算效率高但精度不高。该方法使用最为2.5 多翼离心风机实体建模及网格生成2.5.1 风机实体建模及流域划分(1)原型空调用离心风机的核心技术在于其风机系统。离心风机系统主要由轮、集流器、扩压器、电机和传动部件等组成，如图 2-1 所示。(a)装配图 1 (b)装配图 2

有限体积法无论网格粗细，离散方程均可保持积分守恒，这是其突网格适应性高，应用范围广，，计算效率高但精度不高。该方法使用最为2.5 多翼离心风机实体建模及网格生成2.5.1 风机实体建模及流域划分(1)原型空调用离心风机的核心技术在于其风机系统。离心风机系统主要由轮、集流器、扩压器、电机和传动部件等组成，如图 2-1 所示。(a)装配图 1 (b)装配图 2
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB657.2

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本文编号：2695478