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将建立好的风机三维模型导入ICEM 软件进行混合网格的划分。其中进出口和叶轮区域采用结构化网格,而蜗壳部分由于其内部结构复杂,尤其是电动机周围结构并非规则模型,故采用适应性较强的非结构化四面体网格,具体网格如图3 所示。综合考虑动静耦合区域对数值模拟预测结果的影响,在进行网格划分时,对边界层进行加密处理,其较低网格质量雅克比[14]在0.3 以上。为了保证数值计算结果的准确性,避免网格误差对其模拟结果造成影响,对风机进行网格无关性验证,聊城风机,如表1 所示。综合考虑计算精度和计算效率可知,当网格数为25 万左右时预测结果较为合理,终确定整个计算域的网格数为2513558。k-ε 模型作为为普遍有效的湍流模型,能够计算大量的各种回流和薄剪切层流动,被广泛应用于各类风机的数值求解计算中。
由于有梯度扩散项,模型k-ε 方程为椭圆形方程,故其特性同其他椭圆形方程,需要边界条件:风机出口或对称轴处k / n0和/ n0。但上述边界条件只针对高雷诺数而言,在固体壁面附近,流体粘性应力将取代湍流雷诺应力,并在临近固体壁面的粘性底层占主要作用。而多翼离心风机由于结构尺寸小、相对马赫数低,气体黏性力在流体流动过程中起重要作用,因此,在实际运用过程中,标准k-ε 模型由于未充分考虑粘性力的影响,导致计算模型出现偏差。运用Visual C 将上述修正函数编写为UDF代码,并导入Fluent 内置Calculation module。为符合实际运行状态,风机进出口边界条件设置为压力入口和压力出口,出口压降与动能成正比,从而避免在进口和出口定义一致的速度分布[15]。后以CFD 计算的定常结果作为初始条件,进行非定常数值计算。
将风机模型导入ICEM 进行网格划分,网格划分过程中对离心风机关键部位要进行加密处理,如叶轮、集流器、蜗舌、进气箱的转角处等。对风机的进口与出口适当延长,以保证计算的稳定性。考虑到离心风机结构的复杂且不规则性,本文采用非结构四面体网格进行划分,其中无进气箱的离心风机网格数量约370万,网格质量为0.3以上;带进气箱的离心风机网格数量为380万,网格质量为0.3以上。
风机采用标准k-?模型,壁面函数为Scalable,数值计算方法为高阶求解格式,求解格式为一阶格式。由于通风机转速低,马赫数小,可认为气流为不可压缩定常流动。进口给定质量流量,出口给定静压,壁面条件为无滑移边界,转速为1 480r/min,并将流动区域分为静止域与旋转域,两者通过Interface连接,离心引风机,连接模型为普通连接,坐标变换为转子算法,网格连接方式为GGI。本文所研究的某离心风机叶轮有均布的16 个前向的大小叶片,其内部流场较为复杂,为了揭示风机内的流场特性,对风机进行全三维数值模拟。先单独分析了进气箱内部流场特性,然后对进气箱与风机进行一体化分析,研究进气箱对离心风机性能的影响。
以风机蜗壳与叶轮出口在半径方向上的间距随方位角线性递增来优化蜗壳型线,并用试验证明了良好的蜗壳型线不仅能提高风机效率及全压,还能改变流量-压力曲线的变化趋势;BEENA等[11]通过应用层次分析法(AHP),对蜗壳的重要几何参数进行了优先排序,阐明了各参数对离心风机性能的影响;风机采用3种不同流量的五孔探头,测量了风机蜗壳内流体的三维流动,得出传统一维蜗壳型线设计方法忽略了风机内部严重的泄漏情况,应根据流体实际流动进行修正的结论。本文在传统蜗壳型线设计理论基础上,以某抽油烟机用多翼离心风机为研究对象,
风机采用动量矩修正方法对其进行性能优化。并考虑粘性应力的作用对原有k-ε计算模型进行修正,以期提高数值计算结果的准确度,为CFD数值模拟预测风机性能的可靠性提供参考。多翼离心风机由进口集流器、叶轮及蜗壳组成,具体结构如图1所示。其设计转速n=1200r/min,设计流量Qv=0.15m3/s,主要尺寸参数为:风机蜗壳宽度b1152mm,叶轮内径1D210mm,叶轮外径2D246mm,叶片进口安装角178A,叶片出口安装角2160A,叶片圆弧半径r14mm,锅炉风机,叶片数z60。为了提供更好的来流条件,给定较为准确的边界条件,离心鼓风机,本研究在利用Solidworks软件对风机进行三维建模时,分别将进风区域和出风区域进行延长处理,以保证进出口气体的流动充分发展。另外,为了方便模型的建立,在尽量减小数值模拟误差的前提下对电动机结构进行一定程度的简化,