高压比小流量多翼离心风机集流器结构及偏心安装对其气动特性影响研究

发布时间：2020-08-02 06:10

【摘要】：高压力系数、小流量系数、小的尺寸系数的多翼离心风机在一些特殊应用场合需求广泛,但由于风机自身结构特点,高压力与小流量的相互制约是研究高压比小流量多翼离心风机难点。集流器作为风机重要辅助部件起着引导气流均匀进入风机的作用,其设计的好坏决定着气流在风机内的流动状况。本文以燃气热水器中的高压比小流量多翼离心风机为研究对象,由于风机集流器不合理结构,致使叶轮前盘气体流动混乱,流动分离现象严重。本文结合CFD方法考察集流器结构参数及其安装位置对高压比小流量多翼离心风机气动特性影响规律,达到改善风机内部流动状态和提升风机气动特性的目的。本文具体研究内容如下:(1)对原始多翼离心风机内流动进行数值模拟,计算结果与实验测试数据基本吻合,验证数值模拟方法的可靠性。由于风机进口集流器不合理结构,进入风机的气流紊乱存在涡流,风机内部压力和速度分布不均匀,尤其是叶轮前盘区域,叶轮前盘流动分离严重且叶道充满分离涡阻塞流动,靠近蜗舌的叶轮叶道出现回流,降低叶轮做功效率和风机气动性能。(2)在控制风机风量基础上,研究集流器结构对风机的影响。考察集流器形状对风机气动特性和内流动影响规律,分析了风机轴截面速度矢量图和P-Q性能曲线,表明圆形进口比环状进口更加符合燃气热水器对风机高压比小流量的要求。对圆弧形集流器采用正交试验设计方法,以圆弧半径、集流器长度和集流器进口直径为优化参数,风机全压为优化目标进行寻优,得出影响风机全压因素的主次顺序和最优参数组合方案,结果表明优化后的风机全压和效率提高。(3)提出风机集流器偏心安装,通过控制偏心参数研究集流器安装位置对多翼离心风机内流动和气动特性影响。模拟结果表明集流器最佳偏离方案对提升风机全压和全压效率效果明显,相对原始风机全压提升约40 Pa,全压效率提升4.3%。发现集流器偏心有助于减少叶轮区域流动分离,改善叶轮进出口处径向速度分布。为今后研究高压比小流量多翼离心风机提供了参考依据。本文针对集流器结构及安装位置进行优化后,风机内部涡旋减少,全压提升,整体气动性得到提升,对小型多翼离心风机的设计及应用具有指导意义。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH432;TS914.252
【图文】：

热水器,结构示意图,风机

51.3 本文研究特点以及主要工作本文以某型号强鼓式燃气热水器中的多翼离心风机为研究对象，如图1-1所示，热水器工作燃烧时，风机提供一定适量的空气与燃气混合强化燃烧过程，并依靠其惯性将燃烧后的废气排放到室外。燃气热水器在恶劣天气工作，要求具有较强的防倒风能力，在风机外特性曲线上表现为在小流量区风机出口有较大的静压值。不少工业领域对高压比小流量风机有着急切的需求，但由于风机自身结构特点，转速一定下出口压力越高叶轮尺寸越大，允许的最小设计流量就越大，是研究高压比小流量风机的一个难点。图1-1 热水器结构示意图集流器的作用是使气流均匀地进入叶轮，降低流动损失，其设计的好坏决定着气流在风机内的流动状况。本文基于CFD方法通过研究风机集流器几何参数和安装位置

多翼离心风机

3 多翼离心风机数值模拟及内流场分析多翼离心风机复杂的三维非对称流动是影响风机性能的一个重要因素，本文对象燃气式热水器中的多翼离心风机由于不合理风机进口结构，使得风机内部复杂混乱难以预测，降低风机的气动性能。本章根据风机实物进行建模及网格，利用 CFD 软件对多翼离心风机内部三维流场进行数值模拟，通过对比数值结实验测试值验证模型的可靠性，关注风机内部流动状况。.1 计算模型建立和网格处理多翼离心风机由集流器、蜗壳、多叶叶轮和驱动电机四部分等组成，风机实物 3-1（a）所示采用单吸进气方式。风机进口处安装有一块刻度板，用于调节集流效面积控制风量。采用 Creo3.0 软件对风机三维建模，建模过程中对风机的固定以及对风机内流影响不大的工艺倒角、尖角、凹槽等进行适当简化，多翼离心风何模型三维结构如图 3-1(b)所示。

示意图,叶轮,示意图,风机

16图 3-2 多翼式叶轮示意图风机计算模型如图 3-3 所示，保证风机蜗壳出口处流动充分达到稳定状态，风机出口适当延长一定距离；由于风量调节刻度板缘故，风机进口采用半球模型模拟进风，使风机更加接近真实流动。风机计算模型划分为进口流域、蜗壳流域、叶轮流域以及出口延长流域等四部分，按 STP 格式保存后导入网格划分软件。

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