流體力學(xué)結(jié)課論文-離心通風(fēng)機氣體流動的流體力學(xué)分析-展示頁
2025-06-16 03:53本頁面
【正文】 摩擦阻力對抽風(fēng)量和風(fēng)壓的影響 空氣沿通風(fēng)管道內(nèi)流動時會產(chǎn)生兩類阻力，一是由空氣和管壁間的摩擦所造成的摩擦阻力（又稱沿程阻力）；二是空氣經(jīng)過風(fēng)管內(nèi)某些部件（如彎頭、三通、吸風(fēng)罩、蝶閥等）時發(fā)生方向和速度的變 化以及產(chǎn)生渦流等原因而產(chǎn)生的局部阻力。但是很多的研究者都是選取某一個流道或單元作為研究對象，從而忽略了蝸殼的非 對稱性導(dǎo)致流動的非軸對稱性 ， 或者把實際風(fēng)機模型簡化無法得到真正的內(nèi)部流場。隨著計算流體力學(xué)和計算機的快速發(fā)展，流體機械的內(nèi)部流場研究有了很大的進展，從二維、準(zhǔn)三維流動發(fā)展到全三維流動。離心通風(fēng)機氣體流動的流體力學(xué)分析 摘要 :本文從流體力學(xué)的角度進行了詳盡的分析研究，介紹了風(fēng)機的選型對抽風(fēng)量的影響，探討了管路系統(tǒng)中的摩擦阻力、局部阻力、風(fēng)管直徑大小、彎頭的曲率半徑等對風(fēng)量風(fēng)壓的影響； 同時介紹了離心風(fēng)機特性、 抽風(fēng)系統(tǒng)的管網(wǎng)特性，管網(wǎng)中實際阻力與風(fēng)機額定風(fēng)壓及風(fēng)量的關(guān)系；應(yīng)用計算流體力學(xué)軟件 FLUENT 對 473 № 10D 離心式通風(fēng)機內(nèi)部的三維氣體流動進行了數(shù)值模擬分析，重點分析了各個部分的壓強和速度分布。 關(guān)鍵詞： 管網(wǎng)特性；離心式通風(fēng)機；三維數(shù)值模擬；壓力場；流場 1 引言 由于通風(fēng)機流場的試驗測量存在許多難 ， 使得數(shù)值模擬成為研究葉輪機械流場的一種重要手段。 Guo 和 Kim用定常和非定常的三維 RANS 方法分析了前向離心通風(fēng)機流動情況； Carolus 和Stremel 通過 CFX 針對風(fēng)機進風(fēng)處的湍流分析得出壓強和噪聲的關(guān)系； Meakhail 等利用 PIV 試驗方法和 CFX 模擬相結(jié)合的方法對葉輪區(qū)域進行了分析。本文運用商業(yè)軟件 FLUENT6. 3，對 473№10D離心式通風(fēng)機在設(shè)計工況下進行定常三維流動數(shù)值模擬，捕捉內(nèi)部流動現(xiàn)象，揭示風(fēng)機流動實際情況，為風(fēng)機的進一步改進，擴大運行工況提供理論依據(jù) 。圓形風(fēng)管單位長度的摩擦阻力可按下式計算： 2???DPmr? 式中： P mr ——圓形風(fēng)管單位長度的摩擦阻力， Pa/m； λ —— 摩擦阻力系數(shù)； ν —— 風(fēng)管內(nèi)空氣平均流速， m/s； ρ —— 空氣的密度， kg/m3； D —— 圓形風(fēng)管的直徑 ， m。 通常把風(fēng)管內(nèi)壁看作是水力光滑管，即管壁的絕對粗糙度 K＝ mm 來計算的，而實際上，使用一段時間后，風(fēng)機葉輪、風(fēng)管、彎頭、傘形抽風(fēng)罩、折流板氣水分離器等處內(nèi)壁沾滿了油漆，這時風(fēng)管內(nèi)壁已經(jīng)變成了水力粗糙管（或稱阻力平方區(qū)），管壁的絕對粗糙度值 K ≈～ mm；這時，單位長度實際摩擦阻力 P ′ mr 應(yīng)為計算單位長度摩擦 阻力乘以修正系數(shù) β，即： P′ mr＝ β P mr 假設(shè)：風(fēng)管內(nèi)空氣流速為 10 m/s，絕對粗糙度值 K＝ mm，則： 修正系數(shù) β＝（ Kν ） ＝（ 10） ＝ 1 （ 1） 式中： K ——風(fēng)管內(nèi)壁絕對粗糙度， mm； ν ——風(fēng)管內(nèi)空氣流速， m/s。 再假設(shè)：風(fēng)管內(nèi)空氣流速為 10 m/s，絕對粗糙度值 K＝ 2 mm，則： 修正系數(shù) β＝（ Kν） ＝（ 210 ） ＝ （ 3） 這時，單位長度風(fēng)管內(nèi)的摩擦阻力是原來的 倍。這就是眾多的噴漆室使用一段時間后風(fēng)壓下降、抽風(fēng)量減小、漆霧外溢的原因之一。 局部阻力的影響 在風(fēng)道中流動的流體，在通過彎頭、閥門、變徑管等處，方向和斷面積大小發(fā)生改變，有可能產(chǎn)生渦流損失或 碰撞損失，這些稱為局部阻力。 在一般通風(fēng)系統(tǒng)中，由于風(fēng)管中各部件形狀不一，局部阻力系數(shù)很難計算，通常通過試驗測定，而后查表確定。例如，折流板汽水分離器在使用一段時間后，表面會沾上漆泥，使得局部阻力增大，空氣流速下降；斷面面積變小，又使得空氣流速加快，空氣中含漆霧顆粒增加，空氣密度增大，局部阻力系數(shù)也會變大，在這種狀況下，氣體會產(chǎn)生漩渦，氣流變成紊流狀態(tài)，這些因素都會導(dǎo)致折流板處的局部阻力增大、 抽風(fēng)量下降。因為，手冊中的 ξ 值都是在沒有其它阻力影響的條件下測定的。阻力系數(shù) ξ 會有變化，管道中會產(chǎn)生漩渦，主流受到壓縮或擴散，流速分布會迅速改組，黏性阻力和慣性阻力都會顯著增大。有些制造商為 節(jié)省材料成本，將風(fēng)管直徑做得很小，使管內(nèi)風(fēng)速過大，甚至達到 24 m/s，使得風(fēng)阻急劇增大，當(dāng)軸功率一定時，抽風(fēng)量會下降，導(dǎo)致漆霧無法抽出去。 還有，風(fēng)機出風(fēng)口至風(fēng)管排氣口長度問題，一般應(yīng)將排風(fēng)管接出車間外屋頂2 m 以上高度，以利用大氣壓差。 彎頭的曲率半徑對局部阻力系數(shù)的影響 90176。一般應(yīng)采用 R / D 為 ~，這樣局部阻力系數(shù) ξ 可小些。的蝦米彎頭，其阻力系數(shù)比光滑園風(fēng)管彎頭的又要大，如： R / D 為 1 時，蝦米彎的 ξ 值為 ， R / D 為 2 時， ξ 為 ，而這是設(shè)計者們通常忽視的地方。這些地方累積起來，管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力損失就大了。、 60176。的彎頭。系統(tǒng)的壓力損失小時，要求的風(fēng)機風(fēng)壓 ΔP = ξ2ν 2 ρ 就小，則輸送
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