离心鼓风机内部流场数值模拟及结构优化

摘要

我国传统的离心式鼓风机产品，采用的是一元流和二元流设计理论，而离心鼓风机内部流场实际上是非常复杂的三维非定常、粘性、湍流流动，如此导致目前鼓风机产品效率普遍不高，有待优化设计。本研究基于D250-11型离心鼓风机的改造，采用计算流体力学软件 Fluent对离心鼓风机内部流场进行了整机全工况的数值模拟，计算得到了离心鼓风机的性能曲线，并根据鼓风机内部流场情况对叶轮内部参数和蜗壳型线进行了改进优化，提高了鼓风机整机压比和效率。本文主要工作和结论如下：
　　1）以设计体积流量为400m3/min的D250-11型离心鼓风机为研究对象，将整个鼓风机流体域划分为进口部分、叶轮部分、蜗壳部分，分别用 Soldworks建立三维实体几何模型，然后通过ICEM-CFD完成网格离散化，并建立完整的数值计算模型。
　　2）运用计算流体力学软件 Fluent完成了鼓风机整机全工况数值计算，根据数值计算得出的各相关参数，绘制出鼓风机性能曲线，通过与实验测试的性能曲线对比显示，数值模拟得到出口静压力相对误差小于3％，多变效率相对误差小于2%，验证了数值模型的合理性和模拟结果的可靠性。
　　3）运用上文的数值计算模型，计算得出全工况下的多变效率、全压效率和叶轮的有效功率，研究鼓风机在不同叶轮参数（叶片数、叶片出口角、转速）下的全工况气动性能。其中最优化结果是改型叶片出口角为57°时，在设计工况点400m3/min，离心鼓风机多变效率提高1.239%，出口静压力提高1846.0Pa，全压效率提高0.532%，轴功率提高11.83kW。
　　4）运用上文的数值计算模型，研究鼓风机在不同蜗壳截面形状（圆形截面、偏心蜗壳、贝塞尔曲线蜗壳）下的全工况气动性能，结果表明：改型后的鼓风机性能曲线都向大流量方向偏移，其中最优化结果是改型锥角为45°贝塞尔曲线蜗壳，在设计工况点400m3/min，离心鼓风机出口静压力提高1090.3Pa，多变效率提高4.212%，全压效率提高3.947%，轴功率减小3.85kW。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 离心风机内部流动的研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 离心鼓风机内部流场数值模拟

2.1 离心鼓风机内部三维流场数值求解方法

2.2 离心鼓风机的基本参数

2.3 离心鼓风机模型建立和网格实体生成

2.4 数值计算方法与边界条件设置

2.5 本章小结

第三章 离心鼓风机数值模拟准确性验证及结果分析

3.1 离心鼓风机原型在整个运行工况的性能分析

3.2 离心鼓风机不同工况点的数值模拟流场结果详细分析

3.3 本章小结

第四章 离心鼓风机叶轮内部参数优化

4.1 转速对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟

4.2 叶片数对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟

4.3 叶轮为20个叶片数下不同出口角的数值模拟

4.4 叶片出口角对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟

4.5 叶轮综合优化后的结果

4.6 本章小结

第五章 离心鼓风机蜗壳优化

5.1 采用圆蜗壳形状时

5.2 采用偏心蜗壳时

5.3 蜗壳锥角为35℃时

5.4 蜗壳锥角为45℃时

5.5 蜗壳综合优化

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附 录: 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与科研项目