【文章內(nèi)容簡介】 目錄 2_ucP u???? ?? （ 24） 試中： ? 全壓效率； ? 考慮有限葉片影響的修正系數(shù)。 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)機的流量系數(shù)可表示為： 22LuD ?? （ 26） 試中 L 葉輪的寬度。 流量系數(shù)的范圍一般為： 小流量風(fēng)機 ~0_ ?Q 中流量風(fēng)機 ~ ?Q 大流量風(fēng)機 ?Q （三） 反應(yīng)度Ω 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 ? ?uuustcucccucccuPP??????????? ????2222222212??? （ 27） 試中 ?c 、 ?c 氣流進、出葉輪時的絕對速度。 試（ 27）是近似的，利用試（ 27）可估計出上述情況的反應(yīng)度大小。 一般，貫流式風(fēng)機的 反應(yīng)度Ω值在零附近，而流量較大的貫流式風(fēng)機，其反應(yīng)度一般為負(fù)值。 可以看出，貫流風(fēng)機的動壓相對而言比其他風(fēng)機高。 167。 貫流式風(fēng)機葉輪內(nèi)的流動分析 前面提到過的離心式風(fēng)機及軸流式風(fēng)機，其內(nèi)部氣流的流動情況較為簡單。然而，貫流式風(fēng)機葉輪內(nèi)的氣流的流動情況則較為復(fù)雜。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。 圖 26 葉輪內(nèi)部旋渦示意圖 其中 1蝸舌， 2蝸殼 渦心距葉輪軸心的距離用 R? 表示，其中 ? 為系數(shù)。 葉輪內(nèi)的旋渦控制著整個速度場，而隨著流量的變化，旋渦中心沿圓周方向移動。葉輪內(nèi)部渦結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，對于貫流式風(fēng)機的研究具有重大的意義。 現(xiàn)在以葉輪進、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。 設(shè)渦心位于葉輪內(nèi)圓 1D 上的一點 O ，即取 1?? ，在內(nèi)圓 1D 上取一點 A，學(xué)士學(xué)位論文 目錄 其中距 O 點的半徑為 ? 。按照前面的分析，假定在圓周上存在一個 uc 為常數(shù)的速度，又三角形 AOC 知： 2cos1 ?? D? 又因 ccu ?2c os? 所以 c o n s tcDcDcuu ???? 112c o s2c o s ??? （ 28） 因此，該旋渦運動是一個簡單的位渦。 由 A 點的速度三角形知 2tan?um cc ? （ 29） 從試（ 28）、試（ 29）可以看出，速度 mc 是按照正切規(guī)律變化的，而且流線成圓弧形。 從上述流動模型可以推斷出，葉輪外圓周上各點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。而貫流式風(fēng)機的壓力系數(shù)等均為其平均值。 人們從實驗中發(fā)現(xiàn)，旋渦的位置接近內(nèi)圓周，即 1?? 時，性能較好。并且循環(huán)流的區(qū)域越小，性能越好。 渦心位置不同時，流線的分布也不同。為了控制旋渦位置，并減小循環(huán)流的區(qū)域，可以在葉輪采用導(dǎo)向裝置。導(dǎo)葉的厚度對性能沒有什么大的影響。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 第三章 數(shù)值計算 本次數(shù)值計算應(yīng)用的是 FLUENT 計算流體動力學(xué)軟件，模型的建立用的是 GAMBIT 。 167。 模型的建立及網(wǎng)格的劃分 167。 結(jié)構(gòu)的簡化和求解區(qū)域的劃分 由于貫流風(fēng)機的葉輪為一軸向很長的筒狀結(jié) 構(gòu)，當(dāng)不考慮扇葉斜向分布的情況并忽略邊緣效應(yīng)時，可忽略空氣的軸向流動。因此，就可以把實際貫流風(fēng)機的 3D 流動問題，簡化為 2D 問題進行數(shù)值計算。所以，在建立模型時，只要取貫流風(fēng)機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。在建模的時候，把整個風(fēng)機外殼的進 口和出口的流道加長，并且加大進口和出口處的流道的寬度。這樣會使流入的氣流，在到達(dá)風(fēng)機葉輪之前，其各項參數(shù)在垂直于流道的截面上就已經(jīng)基本保持均勻。對于出口處，由于真實的貫流風(fēng)機系統(tǒng)，氣體流過貫流風(fēng)機后，經(jīng)過很短的流道就射入室內(nèi)。為了能比較真實的模擬氣流的運動，所以把出口處的流道也加長，也加寬，這樣氣流在流過風(fēng)機后，就會有一段擴張段，比較符合實際的情況，便于初始條件的給定和求解（見圖 31）。 建立模型時，求解區(qū)域的劃分采用如下辦法：把整個貫流風(fēng)機系統(tǒng)化為三個求解區(qū)域。風(fēng)機葉輪以外的流動區(qū)域為第一個求解區(qū)域；風(fēng) 機葉片在旋轉(zhuǎn)時所形成的環(huán)形區(qū)域為第二個求解區(qū)域（這次建模的時候，考慮了葉片的形狀，所以 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 31 貫流風(fēng)機的 2D 計算結(jié)構(gòu)與求解區(qū)域的劃分 這個環(huán)形區(qū)域去除了葉片自身截面的面積）；風(fēng)機葉輪的內(nèi)部流動區(qū)域為第三個 求解區(qū)域（見圖 31）。由以上的三個區(qū)域聯(lián)合起來組成整個貫流風(fēng)機系統(tǒng)的求解 區(qū)域。 167。 求解區(qū)域網(wǎng)格的劃分 在以上所建立模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)此模型中，風(fēng)機是要轉(zhuǎn)動的特點，建立以轉(zhuǎn)子、流道及邊界為類型的動、靜和邊界的三層網(wǎng)格 。由于模型邊界的復(fù)雜性，為了保證在邊界處網(wǎng)格良好的貼體和光滑，采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格。整個求解區(qū)域共計生成了 26592 個網(wǎng)格單元。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)域為動態(tài)網(wǎng)格區(qū)，其網(wǎng)格單元為 16168 個。所生成的網(wǎng)格見圖 32。網(wǎng)格是應(yīng)用 GAMBIT 軟件生成的。由網(wǎng)格圖可以看到，在模型的入口和出口處的網(wǎng)格比較稀疏，接近風(fēng)機葉輪時網(wǎng)格開始加密，在葉片與葉片之間的流道內(nèi)網(wǎng)格是最密的。網(wǎng)格由疏到密的過渡基本平滑，沒有明顯的跳躍。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 32 計算網(wǎng)格的劃分 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 33 風(fēng)機周圍局部網(wǎng)格放大 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 34 葉片附近網(wǎng)格細(xì)節(jié)的放大 167。 求解方法與過程 本次數(shù)值計算應(yīng)用的是 計算流體力學(xué)軟件，進行 2DSIMPLE方法求解，采用 ??k 湍流模型。計算時，解的初始條件和邊界條件基本上是都是參考實際的工作條件和測試條件給定的。但為了使數(shù)值計算的結(jié)果能與實驗值相符合，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。初始條件 與邊界條件的具體設(shè)置為：取進口和出口的邊界類型都為壓力條件的邊界類型，采用一階穩(wěn)定分離計算，取空氣的密度為： 3mkg ，進口和出口處都取 水力直徑： ；湍流密度： 5%；靜壓都為： 1atm；給進口處一點動壓： pa4101 ?? ；出口動壓為： ；轉(zhuǎn)速為： rpm900 。計算的收斂條件為：連續(xù)性： 310? ； X、 Y 方向速度 ： 310? ； k： 310? ； epsilon： 310? 。 第四章 計算結(jié)果與分析 按照第三章中所給的初始條件及邊界條件，迭代 2838 步，結(jié)果收斂。其各個參數(shù)的圖像表示見以下各圖。 167。 壓力場的結(jié)果與分析 在流場壓力的等值線圖像之中，紅色代表高壓區(qū)，藍(lán)色代表低壓區(qū)（見圖41）。 由等壓力線圖可發(fā)現(xiàn)，在靠近蝸舌偏右下方處有一個很明顯的低壓中心，這說明在此處有回流，回流和入流的分離處是高 壓，回流所卷成的渦就形成了低壓，氣體的回流在速度矢量圖上將會很清楚地看到。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。由于高壓中心的存在，將導(dǎo)致氣流在此高壓中心的后側(cè)（來流方向）產(chǎn)生回流，使得由此處進入風(fēng)機葉輪的流量將非常少。學(xué)士學(xué)位論文