基于中央空调用弧形叶片离心通风机的气动设计与噪声设计

摘要

离心通风机因其流量系数大、尺寸小、噪声低等优点被广泛应用于工业与民生产业，弧形叶片离心通风机作为其中之一，被广泛应用于中央空调行业。随着国内空调行业的快速发展以及人们生活水平的日益提高，对风机的小型化、低噪声和高效率提出了越来越高的要求。对弧形叶片离心通风机的气动性能和噪声特性的深入研究有助于其产业进一步发展，有利于资源的环保以及最大化利用。　　本文以浙江亿利达风机股份有限公司提供的基于中央空调用弧形叶片离心通风机为研究对象，采取数值计算和实验验证相结合的研究方式，研究了离心通风机的气动性能、内部流动特性以及噪声特性。离心通风机采用基于雷诺平均（RANS）模型进行定常计算，基于大涡模拟(LES)进行非定常计算，基于Ffowcs Williams&Hawkings(FW-H)的声比拟模型进行噪声计算，并通过亿利达气动声学联合实验室进行实验验证。　　(1)分析了小流量(Q/Qn=0.031)工况下原始离心通风机气动性能和内部流动特性。数值结果表明在离心通风机内部出现不稳定流动现象，包括蜗舌和蜗壳出口处出现涡流;叶片尾缘发生明显涡脱落现象;叶道内部吸力面附近边界层发生分离。涡流现象的产生对离心通风机气动性能产生不利影响。其次蜗舌间隙的存在使叶轮出口气流与蜗舌相互作用明显，导致蜗舌局部气流压力脉动，对噪声有较大影响。　　(2)鉴于小流量工况下离心通风机内部流动情况，采用变半径蜗舌结构，基于数值计算研究变半径蜗舌对离心通风机内部流动和噪声特性的影响。研究结果表明合理的变半径蜗舌参数有利于减少蜗壳出口、叶道内部和叶片尾缘涡流，减少流动损失以及蜗舌周围气体压力脉动情况。在相同转速和设计工况下预测性能最佳为静压提高10.59Pa，静压效率最大提高4.2％。设计流量工况下预测噪声最大降低1.5dB。　　(3)鉴于变半径蜗舌结构预测的数值结果，进一步采用不同间隙比蜗舌结构，预测离心通风机内部流动情况和噪声特性并进行实验验证。数值结果表明增大蜗舌间隙比能够改善离心通风机内部流场状态，使得内部流动分布更加均匀，减少流动损失;实验结果也表明在相同运行条件下，合理的蜗舌间隙比能够有效的提高离心通风机的性能和降低噪声。离心通风机单机静压最大提高约7.5Pa，静压效率最大提高3.7％，噪声最大降低4dB;机组噪声在蜗舌间隙比为△t/R2=0.12下最大降低3.7dB。同时验证了采用大涡模拟计算湍流噪声源，结合基于FW-H方程的声比拟模型计算噪声数值方法的可行性。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1离心通风机的内部流场研究

1．2．2离心通风机噪声研究

1．3本论文的主要研究内容

第二章数值模拟理论及离心通风机性能及噪声实验台

2．1引言

2．2计算流体力学数值方法介绍

2．2．1流体力学控制方程

2．2．2湍流模型的选择

2．2．3边界条件

2．3声学理论

2．3．1湍流噪声源

2．3．2气动声学模型

2．3．3噪声的物理量度

2．3．4声学方程

2．4空调用离心通风机的几何模型

2．5空气性能及噪声试验

2．6本章小结

第三章原始离心通风机(SYP150-200)内部复杂流动特性分析

3．1引言

3．2计算域模型的建立和网格划分

3．2．1计算域模型的建立

3．2．2计算域网格的划分

3．3离心通风机的数值求解计算

3．3．1计算参数和边界条件

3．3．2网格的无关性验证

3．4数值计算结果

3．4．1数值计算方法验证

3．4．2小流量工况下原始离心通风机内部定常流动分析

3．4．3小流量工况下原始离心通风机内部非定常流动分析

3．5本章小结

第四章变半径蜗舌对离心通风机内部流动、性能及噪声特性的分析

4．1引言

4．2变半径蜗舌结构的影响研究

4．2．1变半径蜗舌的几何参数设计

4．2．2变半径蜗舌对离心通风机气动性能及内部流动特性的影响

4．2．3变半径蜗舌对离心通风机噪声特性的影响

4．3本章小结

第五章蜗舌间隙对离心通风机内部流动、性能及噪声特性的影响

5．1引言

5．2增大蜗舌间隙结构的影响研究

5．2．1蜗舌间隙的几何参数设计

5．2．2蜗舌间隙对离心通风机气动性能及内部流动特性的影响

5．2．3蜗舌间隙对离心通风机噪声特性影响的数值研究

5．2．4蜗舌间隙对离心通风机和机组噪声特性影响实验研究

5．3本章小结

第六章总结和展望

6．1工作总结

6．2工作展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果及荣誉

致谢