【正文】 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 最后要感謝一直關(guān)心、愛(ài)護(hù)和支持我的家人 。 在此特別感謝 9805 的蔡卓林同學(xué)，他與我一起參與了雙風(fēng)機(jī)理論的研究，提供了許多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，付出了大量辛勤的勞動(dòng)，我們合作得很愉快，希望以后還有類(lèi)似的機(jī)會(huì)。兩位老師誨人不倦的育人態(tài)度令我深受感動(dòng)，他們所表現(xiàn)出的勤奮的工作精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，更是我學(xué)習(xí)的榜樣。徐老師還為我提供了大量的文獻(xiàn)和資料。在進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算當(dāng)中，給了我很多的很具有建設(shè)性意見(jiàn)。 致 謝 萬(wàn)分感謝我的導(dǎo)師徐庶 民老師，本文是在徐老師的耐心指導(dǎo)和密切關(guān)懷下完成的。 [9] 李強(qiáng)，天長(zhǎng)集團(tuán)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)， 2020。 [7] 王承堯、王正華、楊曉輝 《計(jì)算流體力學(xué)及并行算法》 國(guó)防科技大學(xué)出版社， 2020。 [6] 莊禮賢、尹協(xié)遠(yuǎn) 、馬輝揚(yáng) 《流體力學(xué)》。 [5] 李慶宜 《通風(fēng)機(jī)》。 [4] 游斌、區(qū)穎達(dá)，影響貫流風(fēng)機(jī)性能的幾何因素。 [2] 赤池 茂、北田基 博、平等、菊山功嗣， Internal Flow and Fan Characteristics of a CrossFlow Fan， Jue 1994。摘自 Bulletin of JSME， ， March 1976。但這對(duì)于空調(diào)工程的發(fā)展要求來(lái)說(shuō)，這又是不可避免的。尤其是當(dāng)空調(diào)廠家為降低噪聲，而采用了斜的葉片設(shè)計(jì)模型 時(shí)，沿風(fēng)機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)的氣流就是不可忽略的，這樣就不能把問(wèn)題簡(jiǎn)化為 2D的，而要建立 3D 模型。而且，本次考慮的只是 2D 問(wèn)題，把 3D 問(wèn)題作了近似的處理與簡(jiǎn)化。如果在今后的計(jì)算中，把噪聲問(wèn)題也能夠考慮進(jìn)去，分析貫流風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，噪聲產(chǎn)生的原因及其與流動(dòng)的關(guān)系，這些都將對(duì)空調(diào)工業(yè)的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。 由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)貫流風(fēng)機(jī)的研究還很少 ，特別是在數(shù)值計(jì)算方面還尚未見(jiàn)到這方面的文獻(xiàn)。這樣就大大減少了以前實(shí)驗(yàn)的盲目性，節(jié)約了成本，有利于空調(diào)廠家的發(fā)展，增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。因此，空調(diào)廠家迫切需要貫流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬計(jì)算。而空調(diào)廠家為了學(xué)士學(xué)位論文 目錄 改進(jìn)風(fēng)機(jī)的性能，需要重新鑄模，作出成品來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，如果不成功還要再重復(fù)上面的工作。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合，說(shuō)明模型的建立和求解過(guò)程是正確的、可信的。如果對(duì) FLUENT 有更深一步的學(xué)習(xí)與研究，相信貫流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)的數(shù)值解將會(huì)更加的完美。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(méi)有很清晰地反映出來(lái)。因此，在 計(jì)算的過(guò)程中，遇到了不少的困難。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)好多家單位都應(yīng)用了這個(gè)軟件對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，而且，在網(wǎng)上已經(jīng)有專(zhuān)門(mén)的 FLUENT 討論專(zhuān)區(qū)、 FLUENT 論壇，便于交流學(xué)習(xí)心得。這樣就成功地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)邊界條件問(wèn)題的建立。在本次的計(jì)算當(dāng)中，采用了兩 個(gè)坐標(biāo)系，一個(gè)是絕對(duì)坐標(biāo)系，另一個(gè)是相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系。 本次數(shù)值計(jì)算所應(yīng)用的是 計(jì)算軟件。又由于葉輪是在轉(zhuǎn)動(dòng)的，屬于動(dòng)邊界問(wèn)題。隨著風(fēng)機(jī)理論的進(jìn)一步研究，雙葉輪風(fēng)機(jī)模式的空調(diào)器將會(huì)在空調(diào)領(lǐng)域占有一席之地。而且也可以根據(jù)送風(fēng)量的要求，只讓其中一個(gè)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，成為單葉輪風(fēng)機(jī)的模式。 小結(jié) 根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明可以應(yīng)用雙葉輪風(fēng)機(jī)系統(tǒng)解決空調(diào)上下兩個(gè)方向的送風(fēng)問(wèn)題。 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。右輪的存在不會(huì)對(duì)左輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流場(chǎng)，有很大的影響，滿足工業(yè)上的要求。 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(shí)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。在左輪轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)出口不加擋板，則氣流由右側(cè)出口的損失大小是多少。 對(duì)于雙葉輪風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，有時(shí)并不需要兩個(gè)葉輪同時(shí)轉(zhuǎn)。計(jì)算結(jié)果就有了很強(qiáng)的穩(wěn)定性，其流場(chǎng)的左右對(duì)稱(chēng)性也有了很大的改善，這就證明了以上關(guān)于非穩(wěn)定性的分析是正確的。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明了這一點(diǎn)。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： 。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(guò)葉輪流出（見(jiàn)圖 510）。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)。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。氣流絕大部分是由靠近蝸舌處一側(cè)的葉輪部分流入的。圖 57 只給出了右輪附近的流場(chǎng)。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。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。 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)。迭代了 2078 步，計(jì)算結(jié)果收斂了。入口動(dòng)壓為： pa1 ，出口動(dòng)壓為： pa27 ，葉輪轉(zhuǎn)速為： rpm1215 。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 。 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。 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。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 167。隨著生產(chǎn)原材料的降價(jià)，此種方案還是可以應(yīng)用的。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。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。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。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。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。而對(duì)于改進(jìn)的葉片形狀 (見(jiàn)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。普通風(fēng)機(jī)葉片的形狀見(jiàn)圖（ 51）。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。 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)。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。 第五章 雙葉輪風(fēng)機(jī)的數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析 167。噪聲問(wèn)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(wèn)題，如能充分利用對(duì)貫流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)的精確模擬來(lái)減少噪聲，將是非常有前途的。 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。此流量值符合實(shí)際情況。 通過(guò)本次的數(shù)值計(jì)算，其流量可以直接由 FLUENT 讀出，比較方便。 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(jiàn)式 （ 26） 和（ 21）?？拷伾嗵幜髁亢艽螅贿h(yuǎn)離蝸舌處，由于背側(cè)回流，葉輪內(nèi)部無(wú)煙跡，表明氣流無(wú)法進(jìn)入。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。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)。 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。 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。即在遠(yuǎn)離蝸舌的地方是做功無(wú)效區(qū)，無(wú)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。在遠(yuǎn)離蝸舌一側(cè)的上游部分，幾乎沒(méi)有氣 流流進(jìn)風(fēng)機(jī)葉輪。 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。 學(xué)士學(xué)位論文 目錄 圖 42 局部放大的等壓力線圖 167。 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(lái)分析做功的情況，此處是風(fēng)機(jī)的做功無(wú)效區(qū)。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