【正文】 立和求解過程是正確的、可信的。但此結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的值還是有一定的差距的，有些實(shí)驗(yàn)中所得到的一些細(xì)節(jié)的結(jié)果，在本次的數(shù)值計(jì)算中并沒有很清晰地反映出來?，F(xiàn)在國內(nèi)好多家單位都應(yīng)用了這個軟件對流場進(jìn)行數(shù)值模擬，而且，在網(wǎng)上已經(jīng)有專門的 FLUENT 討論專區(qū)、 FLUENT 論壇，便于交流學(xué)習(xí)心得。在本次的計(jì)算當(dāng)中，采用了兩個坐標(biāo)系，一個是絕對坐標(biāo)系，另一個是相對轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系。又由于葉輪是在轉(zhuǎn)動的，屬于動邊界問題。而且也可以根據(jù)送風(fēng)量的要求，只讓其中 一個葉輪轉(zhuǎn)動，成為單葉輪風(fēng)機(jī)的模式。 很明顯可以看出只有極小一部分的氣流從右側(cè)出口流出，保證風(fēng)機(jī)能正常工作。 圖 511 中間加了豎板的等壓力線圖 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 512 中間加了豎板的速度矢量圖 圖 513 只有左輪旋轉(zhuǎn)時的等壓力線圖 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 如圖 51 514 所示，只令其左輪旋轉(zhuǎn)，右輪保持靜止。 對于雙葉輪風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，有時并不需要兩個葉輪同時轉(zhuǎn)。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明了這一點(diǎn)。如果把發(fā)煙器的出口放到某一葉輪的上方，則其流動與單風(fēng)機(jī)時一樣，穿過葉輪流出（見圖 510）。如圖學(xué)士學(xué)位論文 目錄 58 所示，在兩輪中間，靠近右輪的中上部，有一個比較小的速度渦，使 得有一部分氣流由左輪流向右輪，導(dǎo)致了非穩(wěn)定性。圖 57 只給出了右輪附近的流場。出口處靠近蝸舌的地方存在一個很明顯的低壓中心，在此處也將產(chǎn)生回流。迭代了 2078 步，計(jì)算結(jié) 果收斂了。進(jìn)口和出口仍然設(shè)置為壓力邊界條件，水力直徑： ，湍流密度： %5 。 數(shù)值計(jì)算 雙葉輪風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模型的建立如圖 5 54 所示。隨著生產(chǎn)原材料的降價，此種方案還是可以應(yīng)用的。即在空調(diào)的室內(nèi)機(jī)部分，裝有兩個葉輪，其葉片的方向正好相反。此種改進(jìn)的葉片，當(dāng)其分叉端旋轉(zhuǎn)到流道的出口方向時，為出口端。而對于改進(jìn)的葉片形狀 (見圖 52)，風(fēng)機(jī)沿著任意一個方向旋轉(zhuǎn)，葉片都能起作用。而當(dāng)風(fēng)機(jī)沿著反方向旋轉(zhuǎn)時，剩下的那一部分的葉輪起作用，這樣做節(jié)省了原材料和空調(diào)機(jī)的體積，但其缺點(diǎn)也是不言而喻的，那就是其流量將受到很大的影響。而是希望空調(diào)能按自己的意愿采用上下雙重送風(fēng)冷卻，或是選擇其中的一種情況。噪聲問題也同樣是貫流風(fēng)機(jī)的發(fā)展所遇到的非常棘手的 問題，如能充分利用對貫流風(fēng)機(jī)流場的精確模擬來減少噪聲，將是非常有前途的。此流量值符合實(shí)際情況。 流量的分析 風(fēng)機(jī)的兩個性能參數(shù)是：流量系數(shù)（ ?Q ）、全壓系數(shù)（ ?tP ），它們的定義見式 （ 26） 和（ 21）。在葉輪入口處，遠(yuǎn)離蝸舌的地方也都有產(chǎn)生了回流，只是本文所計(jì)算結(jié)果所顯示的此處回流區(qū)的渦不如圖 45 顯示的那么明顯。 圖 43 貫流風(fēng)機(jī)流場的速度矢量圖 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 44 局部放大的速度矢量圖 圖 45 為其他人對貫流風(fēng)機(jī)流場的計(jì)算結(jié)果。即在遠(yuǎn)離蝸舌的地方是做功無效區(qū)，無氣流流入；而在靠近蝸舌的地方，風(fēng)機(jī)做正功，氣流主要由此處流入風(fēng)機(jī)葉輪。 由以下兩個圖可發(fā)現(xiàn)，在靠近蝸舌的一側(cè)，有一個渦，在此處產(chǎn)生了回流。 對于遠(yuǎn)離蝸舌的一側(cè)，其葉片兩側(cè)的壓力基本相當(dāng)，從壓力角度來分析做功的情況，此處是風(fēng)機(jī)的做功無效區(qū)。入氣端遠(yuǎn)離蝸舌側(cè)的邊界和葉輪交界處有一個高壓中心。其各個參數(shù)的圖像表示見以下各圖。但為了使數(shù)值計(jì)算的結(jié)果能與實(shí)驗(yàn)值相符合，設(shè)置邊界條件和初始條件時，在允許的范圍內(nèi)作了部分的修正。網(wǎng)格由疏到密的過渡基本平滑，沒有明顯的跳躍。其中，由第一個求解區(qū)域和第三個求解區(qū)域組成靜態(tài)網(wǎng)格區(qū)，其網(wǎng)格單元為 10424 個；第二個求解區(qū)域?yàn)閯討B(tài)網(wǎng)格區(qū)，其網(wǎng)格單元為 16168 個。 167。為了能比較真實(shí)的模擬氣流的運(yùn)動，所以把出口處的流道也加長，也加寬，這樣氣流在流過風(fēng)機(jī)后，就會有一段擴(kuò)張段，比較符合實(shí)際的情況，便于初 始條件的給定和求解（見圖 31）。所以，在建立模型時，只要取貫流風(fēng)機(jī)的任意截面作為建模的對象就可以了，這樣建立的模型就是 2D 的了。 167。 渦心位置不同時，流線的分布也不同。 從上述流動模型可以推斷出，葉輪外圓周上各點(diǎn)的流體速度也是不一樣的，越靠近渦心， 其速度越大，相反的，靠近殼體一側(cè)的速度變小。 現(xiàn)在以葉輪進(jìn)、出口圓弧相等的簡單情況為例，來研究葉輪內(nèi)的氣流模型。人們通過長期的觀察，發(fā)現(xiàn)在葉輪內(nèi)部存在一個旋渦，該旋渦的中心位于葉輪內(nèi)圓周附近靠近蝸舌的一側(cè)，如圖 26 所示。 可以看出，貫流風(fēng) 機(jī)的動壓相對而言比其他風(fēng)機(jī)高。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 若平均 取 ?? ， ?? ，則 ??????????2_ ucP u （ 25） 利用試（ 25）可以求出各種情況下的 _P 值， 一般 4~12??ucu 所以 ~??P 2． 貫流式風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)可表示為： 22LuD ?? （ 26） 試中 L 葉輪的寬度。 這種情況的氣流具有兩個特點(diǎn)： （ 1） 子午速度 mm cc ?? ? ； （ 2） 當(dāng)葉片角 2? 改變時，扭速 uc? 不變，即 ??? 22ucu const 2． 氣流徑向進(jìn)入葉輪，葉輪進(jìn)口弧大于出口弧。為此，可把貫流式風(fēng)機(jī)簡化為對于總的葉輪進(jìn)、出口速度三角形的研究。 下面就用速度三角形法分析一下氣體流過貫流風(fēng)機(jī)時的一些特征。單純的葉輪轉(zhuǎn)動時，在無 擾動的情況下，由于各向同性，氣流在軸心處形成蝸心，這時并無氣流流出，由 于蝸舌的存在，使得在葉輪中靠近蝸舌的地方出現(xiàn)了旋渦，從而氣流可以在葉輪 內(nèi)部扭轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣體從進(jìn)口截面到出口截面的流動。 圖 23 貫流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 167。氣學(xué)士學(xué)位論文 目錄 體從集風(fēng)器進(jìn)入，通過葉輪使氣流獲得能量，然后流入導(dǎo)葉，導(dǎo)葉將一部分偏轉(zhuǎn)的氣流動能變?yōu)殪o壓能，然后從擴(kuò)散孔流出，輸入管路。 表 21 離心式、軸流式及貫流式風(fēng)機(jī)的特征、性能對比 名 稱 特 征 性 能 離心式風(fēng)機(jī) 軸向進(jìn)氣，徑向排氣 靜壓適中，風(fēng)量較大 軸流式風(fēng)機(jī) 軸向進(jìn)氣，軸向排氣 靜壓較小，風(fēng)量較大 貫流式風(fēng)機(jī) 氣流從一側(cè)葉柵進(jìn)入，穿過轉(zhuǎn)子內(nèi)部，從另一側(cè)葉柵排出 靜壓較小，風(fēng)量適中 如離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（圖 21）所示，它的工作原理是：氣流先沿旋轉(zhuǎn)軸由軸向進(jìn)入葉片通道，葉片旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，氣體被壓縮并拋向葉輪外緣，沿外殼流出。 風(fēng)機(jī)的概述 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 風(fēng)機(jī)是用于輸送氣體的機(jī)械。 其次，運(yùn)用該軟件，根據(jù)實(shí)際的情況來建立貫流風(fēng)機(jī)的模型，設(shè)置了邊界條件和初始條件，對貫流風(fēng)機(jī)的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。一般說來，對于需要自適應(yīng)的計(jì)算，應(yīng)考 慮采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。但對于復(fù)雜邊界，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格要做到良好的貼體與光滑極不容易，數(shù)值求解法遇到了困難。有限體積法的一個突出優(yōu)點(diǎn)就是有限體積法與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有機(jī)的結(jié)合在一起之后，對于復(fù)雜幾何邊界具有良好的貼體性和相當(dāng)高的計(jì)算效率，并能很容易的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)。這種變換的要求使有限差分法對復(fù)雜邊界條件下的求解難以運(yùn)用自如，從而限制了有限差分法的應(yīng)用。 167。這些研究僅關(guān)注進(jìn)出口的流動狀態(tài)，未能對內(nèi)部流場進(jìn)行學(xué)士學(xué)位論文 目錄 分析，因此對總體流動情況缺乏完整的刻畫。 受我國空調(diào)工業(yè)現(xiàn)狀的的限制，近幾年，國內(nèi)在這一問題上開展的工作較少，且大多是進(jìn)行工程化的、應(yīng)用層的半定量的測量與分析，而不是理論上的研究。因此，對貫流風(fēng)機(jī)的流場從理論上進(jìn)行分析，搞清其性能的影響因素已成為迫切需要。 小結(jié) ………………………………………………………… 27 第六章 經(jīng)驗(yàn)與總結(jié) ………………………………………………… 28 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………… 30 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 第一章 緒 論 167。 工業(yè)背景 …………………………………………………… 20 167。 壓力場的結(jié)果與分析 ……………………………………… 15 167。 模型的建立及網(wǎng)格的劃分 ………………………………… 11 167。 本文的主要工作 …………………………………………… 3 第二章 貫流風(fēng)機(jī)的工作原理 ……………………………………… 4 167。 關(guān)鍵詞： 貫流風(fēng)機(jī)、數(shù)值模擬、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、壓力場、速度場。并與實(shí)驗(yàn)和他人的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。本文針對家用壁掛式空調(diào)器室內(nèi)機(jī)部分，采用貫流風(fēng)機(jī)進(jìn)行送風(fēng)的特點(diǎn)，運(yùn)用 FLUENT 軟件，對 2D 貫流風(fēng)機(jī)流場模型進(jìn)行了較成功的數(shù)值模擬計(jì)算。 本文試圖通過數(shù)值模擬的方法，為貫 流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供新的方法。 數(shù)值計(jì)算方法 ……………………………………………… 2 167。 貫流式風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)的流動分析 …………… ……………… 9 第三章 數(shù)值計(jì)算 …………………………………………………… 11 167。 求解方法與過程 …………………………………………… 14 第四章 計(jì)算結(jié)果與分析 ……………………………………… …… 15 167。 小結(jié) ………………………………………………………… 19 第五章 雙風(fēng)機(jī)的數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析 …………………………… 20 167。 計(jì)算結(jié)果及分析 ………………………………… 23 167。目前，國內(nèi)的很多空調(diào)廠家都直接引進(jìn)國外成熟的技術(shù)，進(jìn)行COPY，獨(dú)立開發(fā)的新產(chǎn)品很少，即使憑經(jīng)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行開發(fā)嘗試，也會因?yàn)槟＞叱杀具^ 高、開發(fā)周期過長而造成了巨大的浪費(fèi)，顯然不能滿足國內(nèi)空調(diào)市場對其性能提出的要求，更阻礙了國內(nèi)空調(diào)廠家參與國際競爭。在數(shù)值分析方面有赤池 茂 [2]等人所做的工作，采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 ，通過映射對圓形求解域進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果尚可。不過由于貫流風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)機(jī)不同，氣流流經(jīng)葉輪時總有一部 分處于大攻角流動狀態(tài)，后緣損失嚴(yán)重，故速度三角形分析給出的結(jié)果誤差較大，采用一些工程修正可望得以改善。這些數(shù)據(jù)是以后對這一問題進(jìn)行深入研究的寶貴資料。由于有限差分格式本質(zhì)上是使用 xf ??/ 這樣的差分來代替 xf ??/ ，這種近似是在正交基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為了滿足貼體性、光滑性，一般要 將物理空間的非正交網(wǎng)格進(jìn)行變換，變換到正交空間進(jìn)行計(jì)算。但這可通過構(gòu)造高精度格式、采用預(yù) 估校正等手段來進(jìn)行改善。到 80 年代中期，對于簡單邊界 問題，歐拉方程采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，用差分法求解已經(jīng)相當(dāng)準(zhǔn)確高效。由于這一優(yōu)點(diǎn)，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格處理復(fù)雜邊界變得十分簡單，不僅如此，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格還很容易控制網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)密度，甚至可以動態(tài)的進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，具有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與之難以相比的靈活性。 首先，對 FLUENT 軟件進(jìn)行了較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究，對 FLUENT 軟件有了比較深入地了解。 第二章 貫流風(fēng)機(jī)的工作原理 167。這三種常見的風(fēng)機(jī)，其特征、性能的對比見表 21。 圖 21 離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 如軸流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（圖 22）所示，它的工作原理是：氣流沿軸向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片通道，由于葉片與氣體相互作用，氣體被壓縮并沿軸向排出。相比離心式和軸流式風(fēng)機(jī)，它具有較大的出風(fēng)面積，動壓較高，氣流較穩(wěn)定，而