吸油烟机多叶离心风机气动设计与优化

发布时间：2020-07-22 03:24

【摘要】：随着经济的快速发展人民的生活水平越来越高,居民对居住环境的要求也在不断提高,例如空气质量,噪声污染等,这使得吸油烟机在厨房中成为不可或缺的一部分。吸油烟机的空气动力和噪声的最主要来源是其风机系统。调查显示,人们在购买吸油烟机的过程中考量最多的因素为风量和噪声。目前使用中的很多吸油烟机都存在着油烟抽吸不干净、有一定的噪声等问题。针对此不足,本文将对吸油烟机多叶离心风机进行气动设计与优化,以此来增加排风量,减少能耗,降低噪声。本文主要结合了离心通风机现代气动设计方法与工程经验,选取了效率较低但压力高、噪声低且价格便宜的前向风机作为优化对象,进行优化设计研究。首先对某厂家提供的现有的家用吸油烟机多叶离心风机进行几何建模,然后对其内部流场进行计算分析,发现影响风机性能的最主要因素有两方面:一、叶片进口角过大,不利于提高风机效率和降低噪声;二、蜗舌相对间隙和蜗舌小圆弧半径较小,这不利于降低蜗壳损失和离散噪声。因此,对叶片进口角、叶片出口角、蜗壳螺旋角、蜗舌间隙以及叶片进口直径等重要影响参数进行优化改进,并使用FLUENT软件对优化后的离心风机进行数值模拟研究,以此来达到增大风机压力,减少能耗及降低噪声的目标。经过优化发现,当叶片进口角为65°,叶片出口角为170°,蜗壳螺旋角为5°,蜗舌间隙为5%,蜗舌位置角度为65°,叶片进口直径比为D_1/D_2=0.78时,风机效率达到63.24%,压力达到266.1Pa,且优化后的风机对叶轮内部流场和蜗舌处的回流得到了改善,使得噪声也有所降低。此次优化设计符合厂家要求:1、预计在最高效率点Q=981m~3/h时增大压力到250Pa来增大排风量进而提高油烟净吸率;2、降低噪声2db左右。通过对样机的制作及性能测试,得出:试验结果与数值模拟结果符合较好。由此可以说,CFD模拟的结果是可以用来进行性能预测的。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM925.57
【图文】：

示意图,叶轮,几何尺寸,示意图

第二章家用吸油烟机的气动设计理论运行时的内部流动的原理也是最复杂的。影响叶轮内部流场流动的参数并不是独立它们之间是互相影响的，所以确定这些重要的影响参数时要综合考虑。一般情况下对多叶离心式通风机的重要部件叶轮进行探寻研究时，会主要集中在以下两方面：是对叶轮的主要结构参数：叶片数、叶轮轮径比、相对宽度比、叶片进、出口安装等进行研究；二是对叶片型线进行研究。叶轮的主要结构参数如图 2-1 所示：D0为轮进口直径； D1为叶轮叶片进口直径；D2为叶轮外径；b1为叶片进口宽度； b2叶轮出口宽度；β1A为叶片进口角；β2A为叶片出口角。Z 为叶片数，θ为叶片前盘角。 21122arctanDDbb （2-5

前向,叶片,圆弧,几何关系

第二章家用吸油烟机的气动设计理论D1/D20.3-0.45 0.45-0.55 >0. /(°) <20 <25 <3片型线的绘制是叶轮中的主要零件之一，其中叶片出口角参数对风机性能出口角的不同，将叶片分为前弯型、径向型和后弯型叶片这三角与全压系数直接关联，对风机叶片型线参数的值进行确认时定叶片出口角β2A。本文通过某厂家提供的原机参数可确定家风机的叶片型式为前弯式叶片。式通风机的前向叶轮一般采用圆弧形叶片。圆弧形叶片又分为片两种，一般情况下采用单圆弧叶片。在设计中，一般先求出。根据已知条件用几何方法确定叶片圆弧半径 Rk的大小、圆小以及该圆弧的中心位置。前向叶轮圆弧叶片如图所示：

型线图,型线,内壁,蜗壳

同时也要防止动压能过大。基于以下几点假设条件，可以推导出蜗壳的型线是对数螺旋线，如图2-3 所示。图 2-3 蜗壳的内壁型线Figure 2-3 The inner wall profile of volute假设：（1）假设当气流在蜗壳内部流动时的状态被视为为稳定流动状态，那么流体质点的运动轨迹就是如上图所示的蜗壳型线；（2）当气流沿叶轮周围区域均匀流出时，蜗壳的各个不同截面处的流量 Q 与蜗壳起始截面与该截面之间所形成的夹角成正比，即 2QQ （2-12）式中，Q 是通风机设计流量。（3）已知进入蜗壳后的气流不能再获得能量，当不计壁面摩擦对气流的作用时，气体的动量矩保持不变，即蜗壳任意截面上的气流圆周分速度 Cu与其所在半径 R 的半径的乘积为常数，如下公式所示：uuR C RC'22=常数（2-13）式中，C′2u指气流离开叶轮通道出口后的周向速度；Cu指蜗壳任意半径 R 处的气流周向速度。（4）整个截面都充满了有效气流

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