流體力學結(jié)課論文-離心通風機氣體流動的流體力學分析-在線瀏覽
2025-08-07 03:53本頁面
【正文】 的風量就大；反之，系統(tǒng)的壓力損失大時，所要求的風機風壓就大，則輸送的風量就小。從中可看出，風機可以在各種不同的風量下工作。但正是風機的這種自動平衡的性能， 致使有時在實際情況下，風機的風量和風壓滿足不了設(shè)計要求。管路系統(tǒng)的總阻力由系統(tǒng)中各種壓力損失的總和、吸入氣體所受壓力與排出氣體所受壓力的壓力差（當由大氣吸入氣體并排出大氣時，壓差等于 0）和由管網(wǎng)排出時的動壓 3 部分組成，即圖中的 P 2＝ f 2（ Q）曲線所示。當管網(wǎng)中實際阻力大于風機的額定風壓時，則風量會減少；反之，當管網(wǎng)中實際阻力小于風機的額定風壓時，則風量會增大（管內(nèi)特性曲線與風機性能關(guān)系見圖 3）。 還要指出的是：一般風管系統(tǒng)中的局部阻力計算是建立在一個理想的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和靜態(tài)的模型基礎(chǔ)上的，但實際上多種結(jié)構(gòu)設(shè)計本身的不足和在使用過程中動態(tài)的變化，使得所計算的局部阻力和實際使用中的風阻差別很大，這也是現(xiàn)今一些噴漆室的問題所在。因此葉輪內(nèi)不可壓縮，均質(zhì)，密度為常數(shù)的連續(xù)性方程和運動方程為 ( 1) 質(zhì)量守恒方程 ? ? ? ? ? ? 0????????? zwyxu ???? ( 2) 動量守恒方程 ? ?? ?RwwWwWfPWWgtWdtdW ???????????????? 22??? 式中 W ——相對速度； P ——壓強 f ——質(zhì)量力； μ ——粘性系數(shù)； R ——半徑； 2ω W ——哥氏力； ω ( ω R) ——離心力。 5 計算對象及邊界條件 風機模型參數(shù) 分析對象為 4 73 №10D離心通風機，由進氣室、集流器、葉輪和蝸殼組成。葉片后傾，進、出口角分別為 32176。葉輪內(nèi)徑 720mm，葉輪外經(jīng) 1000mm，葉片進口寬 350mm，葉片出口寬 250mm，進氣室吸風口為 1300mm 600mm，蝸殼寬650mm，出風口為 900mm 650mm，葉片 12 個，轉(zhuǎn) 1200r/min。由于風機結(jié)構(gòu)較復雜，采取四面體和六面體網(wǎng)格相結(jié)合的方式劃分，網(wǎng)格 共計 676045。 圖 4 473№10D 通風機整體網(wǎng)格 計算方法及假定 ( 1) 假定流動是穩(wěn)定、粘性、不可壓縮；流動過程中忽略質(zhì)量力作用； ( 2) 葉輪進口和集流器間有間隙，但在計算中處理為 0，避免間隙區(qū)域壓力梯度過大； ( 3) 旋轉(zhuǎn)坐標系下離散方程采用壓力速度耦合 SIMPLE 算法 ， 湍流模型采用標準 k ε方程，使用標準壁面函數(shù)法。出口：設(shè)置壓力出口靜壓為大氣壓，空氣密度為 1. 2kg/m 3。由圖 5a 可知，由于受到蝸殼的非軸對稱性影響 ， 蝸殼較低靜壓處與葉輪中心不在同一軸上； 由圖 5b 可知，在進氣室的拐彎處和蝸舌處，由于這兩者的形狀發(fā)生變化，導致靜壓較低。從 4 個圖中看出，葉輪壓強分布并不因為葉輪的軸對稱而對稱，漸擴螺旋蝸殼是非軸對稱的，葉輪進口處靜壓最低。由于流動損失的存在，靜壓沿著蝸殼出口逐漸降低。 圖 7 （ a）葉輪壁面靜壓 （ b）葉輪區(qū)域前盤和葉輪出口靜壓 葉片非工作面和前盤附近，特別是兩者的交匯區(qū)域積累了一個低能流體區(qū)， 靜壓、相對速度均較低，此處形成了尾跡區(qū)，但是尾跡區(qū)不是完全的 “ 死水區(qū) ” ，有流體通過只是速度較低。 Fisher 和 Thpoma 用顏料做離心泵葉輪中的顯示試驗，曹淑珍等用 PIV 法進行三維流動測定，根據(jù)流動照片也驗證這一區(qū)域的存在。 葉片靜壓分析 葉片工作面圖 8a 上的靜壓比非工作面圖 8b 上的高且分布明顯不同：葉片工作面上靜壓分布不均，由分布可看出 85%以上的做功來自于工作面；非工作面上靜壓分布較均勻，從葉片根部向頂端逐漸增大。 圖 8（ a）葉片工作面靜壓分布 （ b）葉片非工作面靜壓分布 整機全壓分析 包括全部外壁時無法看清內(nèi)部全壓分布，取圖 9 所示分析。在集流器處全壓很低這是由于氣流從軸向開始向徑向轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的。這兩個區(qū)域流動情況差別很大 ，這是由于流道的位置不同和蝸殼的非對稱性引起的。 流道區(qū)域速度分析 此區(qū)域速度大小變化不太明顯，但是受旋轉(zhuǎn)的后盤和靜止的蝸殼壁的共同作用使這部分流體產(chǎn)生了扭曲，流體旋轉(zhuǎn)的中心接近蝸舌處與葉輪內(nèi)的流動完全不在同一軸上，這是整機模擬得到的又一重要現(xiàn)象。在靠近蝸殼出口處的葉輪通道內(nèi)的速度比其他部分的葉輪通道內(nèi)速度小，因此計算風機葉輪通道流場的時候，假設(shè)每個葉輪通道都是相同的也是不對的。從渦流 的位置來看，上部渦流比較靠近蝸殼的前壁面處，下部渦流比上部渦流強烈，且靠近蝸殼后壁面處。 看出在蝸殼出口流道內(nèi)有回流產(chǎn)生，并且由此圖可以清楚的看到流體不是平流而是扭曲著旋流流出。同時也可以看出在后盤和蝸殼壁的間隙處、蝸舌處二次流較多較強 ， 所以此處的噪聲比較大，可為噪聲的分析提供理論依據(jù)。 7 結(jié)論 本文有針對性地對離心通風機內(nèi)部湍流場進行三維數(shù)值模擬，觀察了離心通風機內(nèi)部流動情況，重點分析了流道內(nèi)部各個部分的壓強和流場，得出如下結(jié)論
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