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          現代風機氣動性能改造方法

            隨著日常需求量的增加,風機供應需求也逐漸提高。現代行業的發展,企業競爭不斷加強,風機技術改造要求成為必須,高性能的風機設計成為企業研究的重點方向。

          現代風機氣動性能改造方法

           


            風機當前結構形式
            我們日常使用的風機結構簡單,但流道結構復雜,且是擴壓流動,很易引起嚴重的分離流,同時又有動、靜部件,不僅是不定常流,而且動、靜部件間的間隙又產生二次流,所以風機內部流動是復雜的不定常三維流動,數值模擬十分困難。
            限于目前計算條件,工程上對風機流場的數值模擬均按準定常計算,且多采用相對簡單、但很流行的湍流模型計算,但模型只適合于小分離流,也不能正確定量流動細節。
            風機技術改良參數分析
            對于氣動力設計良好的風機,在設計工況附近,用湍流模型和準定常處理,對于風機的氣動性能的數值預估是完全可以做到和實測結果吻合很好。另一方面,由于有了很多的關于風機三維粘性流動數值模擬結果,發現過去按一維、二維理想流的工程設計中的一些重要的經驗數據(也可稱為設計準則),其中許多需要修改。
            以離心風機而論,例如按Eck理論,最佳氣流進口角為35.4°,設計時還應考慮有攻角,所以一般設計葉片幾何進口角為37°~38°,實際上,按數值優化結果,可以小到27°;又如按工程方法,如全壓不夠,可增大葉片幾何出口角來補救,但數值優化結果是葉片幾何出口角到一定數值(如81°)后再增大,全壓反而會下降;又如Eck認為進口加速系數應大于1,這樣葉輪進口是加速流動,可減少進口分離,后來我們認為減少葉輪進口流動速度能改善葉輪流動,所以按經驗,建議可取0.7~0.8,實際上按數值優化可小到0.6。
            這些參數的變化,對風機的氣動力圖改變很大,對氣動性能影響也很大,所以原有的工程方法需要改進。當然改進內容還應包括葉片流道的流型選取和提出新的結構等。如我們利用航空上吹氣邊界層控制原理,提出長短葉片開縫結構,縫隙大于10mm,可確保縫隙不會堵塞,這種結構可擴展風機工作的高效區,大大改善非設計工況性能。


            總結來說,現代設計方法應該做到如下:
            1.根據改進的工程設計方法給出綜合性能較好的風機通道型線;
            2.數值模擬風機整機(包括進風口-葉輪-蝸殼,且考慮間隙)三維粘性流動,來分析比較其內部流場,為改進設計提供依據,同時進行優化計算,好中選優,優化目標是在滿足風量和風壓的前提下,效率越高越好;
            3.通過樣機研制和現場性能試驗來檢驗和修正設計方法并得到高性能產品。
            這里改進的工程設計方法是數值優化計算和高性能產品設計的基礎,數值模擬是關鍵,其難點是如何使它對風機氣動性能預估能和實測結果吻合。現場性能試驗用來修正設計和改進數值模擬方法。經過這樣多次循環,最后獲得高性能的風機產品。不過需要注意的是,這種方法目前只能優化設計和預估風機氣動性能,不能預估噪聲,這是由于離心風機還無法預估噪聲。
            風機技術不斷攀升是行業最終追尋目的,當然由于眾多客觀因素的影響,可能中間會存在一定的阻礙。不過總體來說,對于當前的風機氣動性能改進上,廣大風機研究不員不妨參考以上的現代設計方法。

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