多翼离心风机内部非对称流动机理及过流部件匹配性设计研究

摘要

多翼离心风机的内部流动属于复杂的非定常流动，不同部位的分离、二次流动特征是影响多翼离心风机噪声与性能的重要因素。众多学者采用流动控制技术来改善其性能和噪音。本文对多翼离心风机开展有针对性的高精度数值计算及相应内外特性实验，探索能够真实反映该型风机内部非对称流动的数值方法。最后借鉴国内外成熟的流动控制方法，提出针对多翼离心风机内部特征流动的有效控制手段，最终实现其气动性能提升、噪音降低。 （1）本文以气动性能及PIV试验为参照，对比分析了湍流模型Spalart-Allmaras、Realizableκ-ε和SSTκ-ω在多翼离心风机数值模拟中的准确性，结果表明SSTκ-ω较适用于多翼风机数值计算。以气动性能试验为参照，依据多面体，六面体，六面体和四面体网格组成的混合网格在多翼风机数值计算内外特性中的差异性，结果表明多面体网格较适用于多翼风机数值计算。 （2）针对蜗壳出口有无限制条件，在保持叶轮外径不变的条件下对多翼风机叶轮、蜗壳的匹配进行研究。首先确定了蜗壳开度对风机气动性能的影响，最后得到两种条件下控制蜗壳开度参数的合理变化范围。 （3）本文对某型号进口有无限制条件的多翼离心风机进行集流器偏心安装研究，以控制改善其进口流动。对进口无限制的多翼风机进行集流器非对称研究，结果表明θ=120°，ε=0.016为合理偏心方位，风机流量增加3.5%，效率提升3%，噪声降低1.2dB。偏心方向对应叶道内的流动分离减弱，叶轮前盘间隙处的流量泄漏减小。风机噪声源基频和二倍频的能量强度降低，风机噪声指向性分布得到改善，标准监测点处的噪声降低0.8dB。对进口有限制下的多翼风机进行进气口非对称研究，结果表明θ=240°，ε=0.016为合理偏心方位，风机流量增加9%，效率提升8%。风机进口处的非定常旋涡向叶轮中心移动，叶道内流动分离减弱。风机内部噪声源基频和二倍频的能量强度降低，噪声指向性分布改善，标准监测点处的噪声升高1.6dB。

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