【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 解區(qū)域組成靜態(tài)網(wǎng)格區(qū)，其網(wǎng)格單元為 10424 個(gè)；第二個(gè)求解區(qū)域?yàn)閯?dòng)態(tài)網(wǎng)格區(qū)，其網(wǎng)格單元為 16168 個(gè)。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(jī)葉輪時(shí)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(jì)算網(wǎng)格的劃分 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 33 風(fēng)機(jī)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(jì)算應(yīng)用的是 計(jì)算流體力學(xué)軟件，進(jìn)行 2DSIMPLE方法求解，采用 ??k 湍流模型。計(jì)算時(shí)，解的初始條件和邊界條件 基本上是都是參考實(shí)際的工作條件和測(cè)試條件給定的。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(shí)，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(jìn)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(jì)算，取空氣的密度為： 3mkg ，進(jìn)口和出口處都取 水力直徑： ；湍流密度： 5%；靜壓都為： 1atm；給進(jìn)口處一點(diǎn)動(dòng)壓： pa4101 ?? ；出口動(dòng)壓為： ；轉(zhuǎn)速為： rpm900 。計(jì)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(jì)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(gè)參數(shù)的圖像表示見以下各圖。 167。 壓力場(chǎng)的結(jié)果與分析 在流場(chǎng)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(gè)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(huì)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(gè)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(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪的流量將非常少。學(xué)士學(xué)位論文 目錄 這種情況和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果完全符合，在速度矢量圖上也有很清楚的表現(xiàn)。 圖 41 貫流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)等壓力線圖 圖 42 為局部放大的等壓力線圖，在進(jìn)風(fēng)口靠近蝸舌的地方，葉片左側(cè)的壓力大于右側(cè)的壓力，根據(jù)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），可以推出此處的葉片對(duì)氣流做的是正功。 對(duì)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)。這一點(diǎn)也可以通過后面的速度矢量圖看出來。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 42 局部放大的等壓力線圖 167。 流場(chǎng)的結(jié)果與分析 圖 4圖 44 為數(shù)值計(jì)算的速度矢量圖。 由以下兩個(gè)圖可發(fā)現(xiàn)，在靠近蝸舌的一側(cè)，有一個(gè)渦，在此處產(chǎn)生了回流 。而在入氣端遠(yuǎn)離蝸舌的地方，也產(chǎn)生了回流，迫使氣流涌向蝸舌處，使得氣流在靠近蝸舌處的流量為最大。在遠(yuǎn)離蝸舌一側(cè)的上游部分，幾乎沒有氣流流進(jìn)風(fēng)機(jī)葉輪。出現(xiàn)了這種情況，正好與對(duì)壓力場(chǎng)的分析相一致。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。不僅如此，由于靠近蝸舌處存在旋渦，氣流在靠近蝸舌處進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪時(shí)又做了一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得氣流進(jìn)入葉片的方向性變得很差，加大了與葉片之間的攻角，又進(jìn)一步導(dǎo)致了能量的損失。 由于所形成的低壓中心，并不在蝸舌與風(fēng)機(jī)葉輪中心 的連線上，偏向于出氣口的方向，導(dǎo)致在蝸舌附近形成了很強(qiáng)的壓力梯度。因此，當(dāng)氣流流過蝸舌后，并不是直接都流向出口，而是有很大一部分要形成回流，與蝸舌上游的氣學(xué)士學(xué)位論文 目錄 流相混合，進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪。 圖 43 貫流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)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(duì)貫流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果。 圖 451 流場(chǎng)的等壓力線圖 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 452 流場(chǎng)的速度矢量圖 本文計(jì)算的結(jié)果與圖 45 相比較，結(jié)果是一致的。葉輪出口處，靠近蝸舌的部分都形成了一個(gè)低壓中心，形成回流區(qū)。渦心的位置看上去 有一些差別，這是由于蝸殼的形狀不同造成的。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。 此次計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是完全符合的（如圖 46）?？拷伾嗵幜髁亢艽?；遠(yuǎn)離蝸舌處，由于背側(cè)回流，葉輪內(nèi)部無煙跡，表明氣流無法進(jìn)入。 圖 461 出煙口放在靠近蝸舌處 圖 462 出煙口放在遠(yuǎn)離蝸舌處 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 167。 流量的分析 風(fēng)機(jī)的兩個(gè)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）。 工程經(jīng)驗(yàn)是：在 0??Q 處附近， ?tP 隨 ?Q 的增大稍有下降，在 ~??Q 的范圍內(nèi)， ?tP 隨 ?Q 的增加線性增加，當(dāng) ??Q 時(shí)， ?tP 迅速下跌。 通過本次的數(shù)值計(jì)算，其流量可以直接由 FLUENT 讀出，比較方便。在當(dāng)前所設(shè)的初始條件和邊界條件下，貫流風(fēng)機(jī)的流量為： （即 ）。此流量值符合實(shí)際情況。 167。 小結(jié) 貫流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)于空調(diào)工業(yè)的發(fā)展是十分重要的。利用數(shù)值計(jì)算所計(jì)算出來的流場(chǎng)的結(jié)果，可以為風(fēng)機(jī)葉輪葉片及流道的形狀設(shè)計(jì)提供新的方案，充分適應(yīng)流場(chǎng)，來減少貫流風(fēng)機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲。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(duì)貫流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)的精確模擬來減少噪聲，將是非常有前途的。充分利用數(shù)值計(jì)算，還可以減少對(duì)貫流風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的成本，有利于我國(guó)空調(diào)工業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)我國(guó)空調(diào)工業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。 第五章 雙葉輪風(fēng)機(jī)的數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析 167。 工業(yè)背景 隨著空調(diào)工業(yè)的發(fā)展，廣大的空調(diào)用戶已經(jīng)不再滿足于，目前普通的家用壁掛式空調(diào)單向送風(fēng)的現(xiàn)狀。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。這也為降溫提供了一種可以考慮的選擇。 為滿足廣大空調(diào)用戶的這種要求，空調(diào)廠家采用以 下幾種解決方法： 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 一種是：采用單風(fēng)機(jī)的形式，只是把風(fēng)機(jī)葉輪的每一節(jié)作了變動(dòng)，每隔一節(jié)葉輪的葉片方向就做一次翻轉(zhuǎn)。采用了這樣的葉輪后，當(dāng)風(fēng)機(jī)沿著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，其中一部分的葉輪起作用。而當(dāng)風(fēng)機(jī)沿著反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，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。 另一種是：對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪葉片的形狀作修改，這種方法也同樣是采用單風(fēng)機(jī)的形式。普通風(fēng)機(jī)葉片的形狀見圖（ 51）。只有沿著某一特定的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，此種 圖 51 普通葉型 圖 52 改進(jìn)的葉片模型 葉片才起作用。而對(duì)于改進(jìn)的葉片形狀 (見圖 52)，風(fēng)機(jī)沿著任意一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，葉片都能起作用。但這種設(shè)計(jì)也同樣是存在著缺陷的。此種葉片設(shè)計(jì)形狀，只考慮了氣流流出葉輪時(shí)的情況，即沿著任意的旋轉(zhuǎn)方向，都能保證氣流順利流出。但卻忽略了對(duì)于貫流風(fēng)機(jī)來說，葉片的一端既是出口，同時(shí)也是入口。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(shí)，為出口端。但當(dāng)其分叉端旋轉(zhuǎn)到入口方向 時(shí)，他又變成了入口端。作為出口端這種設(shè)計(jì)是可以接受的，但作為入口端，此種設(shè)計(jì)就不利于進(jìn)氣，導(dǎo)致了流量的減少。 還有一種方法就是采用雙葉輪風(fēng)機(jī)模型。即在空調(diào)的室內(nèi)機(jī)部分，裝有兩個(gè)葉輪，其葉片的方向正好相反。對(duì)于不同的出氣方向，選用不同的葉輪讓其旋轉(zhuǎn)，就可以達(dá)到上述用戶的要求。此種設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)就是需要兩個(gè)葉輪，提高了成本。但其流量是不會(huì)受到很大的影響的。隨著生產(chǎn)原材料的降價(jià)，此種方案還是可以應(yīng)用的。 下面就是對(duì)雙葉輪風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 167。 雙葉輪風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析 167。 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。仍然采用非結(jié)構(gòu)的三角形網(wǎng)格，建立以轉(zhuǎn)子、流道和邊界為類型的動(dòng)、靜和邊界的三層網(wǎng)格。 圖 53 雙葉輪風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模型 數(shù)值計(jì)算，仍然進(jìn)行 2DSIMPLE 方法求解，采用 ??k 湍流模型。邊界條件如下給出：取空氣密度 mkg 。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 。工作環(huán)境的壓力為 atm1 。入口動(dòng)壓為： pa1 ，出口動(dòng)壓為： pa27 ，葉輪轉(zhuǎn)速為： rpm1215 。計(jì)算的收斂條件為：連續(xù)性： 310? ；X、 Y 方向的速度： 310? ； k： 310? ； epsilon： 310? 。迭代了 2078 步， 計(jì)算結(jié)果收斂了。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 54 雙葉輪風(fēng)機(jī)模型網(wǎng)格的劃分 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 55 網(wǎng)格的局部放大 167。 計(jì)算結(jié)果及分析 如圖 56 為雙葉輪風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的壓力場(chǎng)。對(duì)于每一個(gè)風(fēng)機(jī)葉輪附近的壓力場(chǎng)來說，其與單葉輪風(fēng)機(jī)的壓力場(chǎng)基本相同。出口處靠近蝸舌的地方存在一個(gè)很明顯的低壓中心，在此處也將產(chǎn)生回流。 圖 56 雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的等壓力線圖 然而對(duì)于左右完全對(duì)稱的模型（其 邊界條件也是完全對(duì)稱的），其流場(chǎng)卻不是穩(wěn)定的，偏向某一個(gè)方向。在兩個(gè)葉輪中間，其等壓力線產(chǎn)生了彎曲和變形，這是引起不穩(wěn)定的主要區(qū)域。在速度矢量圖中，左右葉輪附近的流場(chǎng)基本相同，與單葉輪風(fēng)機(jī)的情況也基本一樣。圖 57 只給出了右輪附近的流場(chǎng)。很明顯能看到和單葉輪風(fēng)機(jī)一樣的回流區(qū)，在入口處遠(yuǎn)離蝸舌的邊界處也有一個(gè)回流區(qū)，由于此回流區(qū)的存在，阻礙了氣流由此處流進(jìn)風(fēng)機(jī)葉輪。氣流絕大部分是由靠近蝸舌處一側(cè)的葉輪部分流入的。但在兩輪的中間部分產(chǎn)生了非穩(wěn)定性。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(gè)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。在實(shí)驗(yàn)中，也明顯的發(fā)現(xiàn)了非穩(wěn)定性。在做雙葉輪風(fēng)機(jī)的煙氣實(shí)驗(yàn)中，把發(fā)煙器的出口放到兩葉輪之間的中上部，發(fā)現(xiàn)煙氣一會(huì)偏向左輪，一會(huì)偏向右輪，出現(xiàn)周期性的左右擺動(dòng)。但其流動(dòng)性比較差，在此處停留的時(shí)間較長(zhǎng)（見圖 59）。如果把發(fā)煙器的出口放到某一葉輪的上方，則其流動(dòng)與單風(fēng)機(jī)時(shí)一樣，穿過葉輪流出（見圖 510）。雖然有非穩(wěn)定性，但其兩側(cè)出口的流量差別還是比較小的。在數(shù)值計(jì)算中，左側(cè)出口的流量為： ，右側(cè)出口的流量為： 。 圖 57 右輪附近的速度矢量圖 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 58 兩輪中間部分的速度矢量圖 圖 59 發(fā)煙器出口在中間