一种轴向离心风机CFD数值模拟及优化研究

摘要

轴向离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械，广泛应用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的排尘和冷却，轴向离心风机的性能可用风机出口处的总压和风机的效率来衡量。以往对离心风机的研究主要采用理论分析和实验相结合的方法，而近几年来，CFD(Computaaonal Flud Dynamics)技术的发展以及商用CFD软件的普及，使得通过计算机数值模拟和流体可视化的方法来研究轴向离心风机的内部流场和性能成为可能。
　　本文利用ANSYS CFX10.0软件对THTF4.5轴向离心风机在设计转速工作状态下的特性进行了全三维定常数值模拟。论文主要内容包括以下几个方面：(1)用三维造型软件UG建立轴向离心风机内流场的几何模型，使用前处理软件ICEM CFD对风机流场划分结构化六面体H型网格，以保证CFD计算结构的高精度；(2)采用K-epsilon两方程紊流模型和RRF(Rotating Reference Frame)旋转坐标系模型，对风机整个内部流场进行求解。利用CFD稳态计算结果，分别对离心叶轮流场、静子流域子午面流场、支板流场和回流间隙流场进行后处理分析和研究。得出叶轮根、中流面的流场存在气流分离现象，并根据计算结果指出这种明显的不均匀气流分离现象是由于结构设计的不合理所引起；(3)以原始结构风机为基础，分别从优化支板结构和加装环形隔板的角度出发，提出两种优化结构，然后在流场分析和以往工程经验的基础上进行了两个优化方案的数值模拟计算，用以提高风机的出口总压和风机效率。CFD计算结果表明，两种优化方案的结果均好于原始设计，其中改进方案二的对性能和流场的改进幅度较改进方案一更大。
　　通过和试验数据的比较，该离心风机的数值模拟结果比较令人满意，其流量、压比、效率等重要参数和试验相差在3%以内，两个优化方案的数值模拟结果明显好于原设计方案的数值模拟结果。