通風(fēng)散熱離心風(fēng)機(jī)三維數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究

摘 要：多翼離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求較高，需要同時(shí)滿足流量大，噪聲低，工況點(diǎn)位于最高效率點(diǎn)等要求，而在設(shè)計(jì)初期很難對(duì)其氣動(dòng)及聲學(xué)性能進(jìn)行有效控制。本文建立包括離心風(fēng)機(jī)葉輪及蝸殼在內(nèi)的三維全流場(chǎng)幾何模型，完成風(fēng)機(jī)的流體力學(xué)仿真計(jì)算，并對(duì)風(fēng)機(jī)流量-壓力性能及噪音進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)離心風(fēng)機(jī)的優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)具有重要作用。

關(guān)鍵詞：多翼離心通風(fēng)機(jī)；非定常；仿真；實(shí)驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.184

0 引言

通風(fēng)散熱離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)包括氣動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面，其中氣動(dòng)性能最為重要[1]。對(duì)于離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求一般包括：流量大，工況點(diǎn)位于最高效率點(diǎn)附近，效率曲線盡量平坦，調(diào)節(jié)性能好，噪聲低，抗壓能力強(qiáng)，維護(hù)方便等[2]。

1 研究模型

離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)風(fēng)量、壓力等設(shè)計(jì)要求，首先完成離心葉輪的設(shè)計(jì)，之后通過等邊基方法或者不等邊基方法確定蝸殼內(nèi)壁型線[3]，圖1所示為某通風(fēng)散熱多翼離心風(fēng)機(jī)的葉輪及蝸殼設(shè)計(jì)。

仿真的網(wǎng)格模型采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分[4]，最終生成體網(wǎng)格數(shù)量約300萬。

2 實(shí)驗(yàn)研究

仿真計(jì)算的同時(shí)對(duì)離心風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，圖2所示為不同出口背壓工況下的風(fēng)機(jī)流量，圖3所示為風(fēng)機(jī)噪音的測(cè)試數(shù)據(jù)。從圖2多翼離心風(fēng)機(jī)的流量-壓力性能曲線可以看出，風(fēng)機(jī)最大壓頭約120Pa，最大流量約0.25m3/s。從圖3風(fēng)機(jī)噪音測(cè)試曲線可以看出，該風(fēng)機(jī)在350Hz時(shí)的噪音存在明顯峰值。

3 仿真結(jié)果

3.1 速度場(chǎng)

圖4所示為離心風(fēng)機(jī)典型截面的速度場(chǎng)，從中可以發(fā)現(xiàn)，在蝸殼出口區(qū)域存在明顯的高速區(qū)，氣流的流動(dòng)路徑是沿離心風(fēng)機(jī)軸向進(jìn)入，沿徑向流出風(fēng)機(jī)。離心風(fēng)機(jī)葉輪周圍的氣流流動(dòng)分布趨勢(shì)都是類似的，葉輪與蝸殼間隙之間的流動(dòng)軌跡隨蝸殼型線的變化而不同。整體看來，離心風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能較好。

3.2 氣動(dòng)噪聲

為了進(jìn)一步對(duì)離心風(fēng)機(jī)的噪音測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取離心風(fēng)機(jī)蝸殼及葉輪表面的氣動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)，如圖5所示?？梢钥闯?，蝸殼蝸舌區(qū)域存在明顯的高噪音區(qū)域，相對(duì)應(yīng)的，與蝸舌接近葉片的氣動(dòng)噪音數(shù)據(jù)也高于其他葉片，說明葉輪與蝸舌之間的氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是離心風(fēng)機(jī)的主要?dú)鈩?dòng)噪聲源。

4 小結(jié)

通過對(duì)某三維全流場(chǎng)通風(fēng)散熱離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)的流體力學(xué)仿真計(jì)算，對(duì)風(fēng)機(jī)流場(chǎng)、氣動(dòng)噪聲等特性進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）離心風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能較好。

（2）葉輪與蝸舌之間的氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是離心風(fēng)機(jī)的主要?dú)鈩?dòng)噪聲源。

（3）風(fēng)機(jī)在350Hz時(shí)的噪音存在明顯峰值。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：袁言昆（1986-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師。