【word】 扭曲叶片贯流风机结构参数优化研究

【word】 扭曲叶片贯流风机结构 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 优化研究 扭曲叶片贯流风机结构参数优化研究 2011年第39卷第6期流体机械13 文章编号:1005—0329(2011)06—0013—04 扭曲叶片贯流风机结构参数优化研究 梁亮.谭华兵,朱宗铭,唐勇 (1.长沙学院,湖南长沙410003;2.宁波高博科技有限公司,浙江余姚315400) 摘要:研究了电壁炉用扭曲叶片(扭曲角9O.)贯流风机的三维内部流场,数值研究了不同结构参数(蜗壳间隙,蜗舌 间隙,叶片内圆周角,叶片外圆周角,叶片数和叶轮内外径之比)对贯流风机性能(出风口体积流率)的影响,从而得到贯 流风机叶轮在一定转速下,使风机性能最优的结构参数.同时实验测试了90.扭曲角叶片贯流风机出风口平均风速值, 并且和理论计算结果基本吻合.以上为贯流风机优化设计提供了重要的参考. 关键词:贯流风机;结构参数;扭曲叶片;计算流体力学(CFD) 中图分类号:TH432文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1005-0329.2011.06.004 StructureParameterOptimizationofCrossFlowFanwithTwistedBlade LIANGLiang,TANHua—bing,ZHUZong—ming,TANGYong (1.ChangshaUniversity,Changsha410003,China; 2.NingboGlobahecScience&TechnologyLimitedCompany,Yuyao315400,China) dimensionalinternalflowfieldsimulationofcrossflow Abstract:Thethree— fanswith90.twistedbladesintheelectricfireplace ll’ systemwasresearchedandtheinfluencesofdifferentstructureparameters(volutethroatgap,volutecasegap,internalcircumfer- entialangleofthebladeandextemalcircumferentialangleoftheblade,bladenumbersandtheratioofinternaldiametertoexter- naldiameteroftheimpeller)ontheperformance(outletvolumeflowrate)ofthecrossflowfanoutletswerenumericallyre— searched.Sowecangettheoptimalstructuralparameterswiththeoptimalperformanceofthecrossflowfansundertheconstant impellerrotatingspeed.Bymeansoftheself-builtdetectiondeviceofcrossflowfan’Sperformanceparameters,theairoutletav— eragevelocitiesofthe90.twistedbladecrossflowfanswereexperimentallytested.Thetheoreticalcalculationresultswerecon— sistentwiththeexperimentaltestresults.rheaboveresultsprovideallimportantreferencefortheoptimaldesignofcrossflow fans. Keywords:crossflowfan;structureparameters;twistedblade;computationa lfluiddynamics 1前言 贯流风机广泛应用于电壁炉,暖风机,空调 器,空气清新器,冷柜及冷风扇等家电产品,市场 需求量巨大,其性能好坏决定了产品的效率.国 内外许多学者对用贯流风机做了许多研究.张师 帅数值分析了直叶片贯流风机外周叶片角,内周 叶片角,叶轮内外径比以及风机转速对贯流风机 性能(流量和噪声)影响…,游斌对比研究了贯流 风机变斜式叶轮和常规直叶轮对偏心涡分布和噪 声的影响J,刘敏数值模拟了不等距叶片对贯流 风机性能影响E3],AndreaToffolo实验研究了蜗壳 和蜗舌形状对风机性能的影响;M.Govardhan 试验研究和数值计算了蜗舌形状和叶轮内外径之 比对贯流风机性能影响’.. 以上只是针对直叶片贯流风机的结构参数进 行了较全面的理论和试验研究.本文利用CFD 软件(Fluent6.3)对扭曲叶片(扭曲角90.)贯流风 收稿日期:2010—09—09修稿日期:2011—05—09 基金项目:国家自然科学基金资助(50975032);湖南省教育厅资助科 研项目(10C0417) l4FLUIDMACHINERYVo1.39,No.6,2011 机内部流场进行三维数值模拟,数值研究不同结 构参数(蜗壳间隙,蜗舌间隙,叶片内圆周角,叶 片外圆周角,叶片外圆周角,叶片数和叶轮内外径 之比)对扭曲叶片(扭曲角90.)贯流风机性能(指 标:出风口体积流率)的影响,从中寻找出最优的 贯流风机结构参数,从而改善贯流风机的工作性 能. 2贯流风机的结构 贯流风机的结构如图1所示,叶轮外径 60mm,内径42mm.叶片外圆周角50.,叶片内圆 周角9O..叶片数24,叶片为两段式圆弧叶片,蜗 壳和蜗舌间隙均为3mm,假定叶轮转速为1100r/ min.风机出风口的高度为35.2ram,风机整个轴 向长度为298mm.计算中选用的贯流风机在家 用电壁炉中有广泛应用. 进风口 图l贯流风机结构简图及主要结构参数 3数值计算方法 利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent6.3 对贯流风机系统进行三维数值仿真,风机如图2 所示. 图2贯流风机整机结构示意 风机叶片沿叶轮圆周方向角度不变即等距分 布,在轴向上每毫米沿圆周方向扭曲角度为 0.302.,即在整个贯流风机轴向长度方向上每一 叶片扭曲角度为90..贯流风机系统采用Pro/E wildfire三维建模. 在贯流风机系统的网格划分和边界条件设置 中,风机系统采用了非结构化四面体网格,叶片处 采用加密的计算网格,为了模拟叶片区域流体的 运动,采用滑移网格方法进行处理,给定转速为 1100r/min,设置进风口和出风口为压力进口和 压力出口.为简化计算,不考虑叶轮格栅的影响. 数值分析采用雷诺平均的Ns方程作为控制 方程,湍流模型为RNGk-8模型,近壁处流动采 用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 壁面函数处理,压力和速度耦合方程采用 SIMPLEC算法求解.解算收敛条件为:连续性, X,Y,Z方向速度,k,均为0.001. 4贯流风机结构参数的优化 如图1,影响贯流风机性能的主要结构参数 有:蜗壳间隙(初始值为3mm),蜗舌问隙(初 始值为3mm),叶片内圆周角O/(初始值为9O.), 叶片外圆周角/3(初始值为50.),叶片数n(初始 值为24),叶轮内外径之比y(=d/D,初始值为 0.7). 图3为蜗壳间隙占对贯流风机出风口体积 流率的影响,即每小时通过贯流风机出风口端 面的空气体积.可以看出,随着的增大,90.扭 曲叶片贯流风机出风口体积流率先增加后减小, 并且变化不大,这说明扭曲叶片贯流风机蜗壳间 隙对风机性能的影响不同于直叶片贯流风机. 一140 120 100 1.02.54.O ,.(toni) 图3蜗壳间隙s对风机出风口体积流率的影响 图4为蜗舌间隙对贯流风机出风口体积 流率的影响.可以看出,随着8的增大,90.扭 2011年第39卷第6期流体机械15 曲叶片贯流风机出风口体积流率基本随之减小, 但蜗舌间隙的减小会增大风机噪声. 140 吕120 1OO 4.5 ,.(mm) 图4蜗舌间隙对风机出风口体积流率的影响 图5为叶片内圆周角Ot对贯流风机出风口体 积流率的影响.可以看出,随着Ot的增大,90. 扭曲叶片贯流风机出风口体积流率基本是先增大 后减小,贯流风机在叶片内圆周角取80.左右时, 性能最优. 140 , g100 ,_/ 80 4070100 (o) 图5叶片内圆周角对风机出风口体积流率的影响 图6为叶片外圆周角对贯流风机出风口体 积流率的影响.可以看出,随着口的增大,9O. 扭曲叶片贯流风机出风口体积流率是先增大后减 小,贯流风机在叶片外圆周角取30.到5O.时,性 能最优. l5O g1l5 80 70100 卢(o) 图6叶片外圆周角对风机出风口体积流率的影响 图7为叶片数对贯流风机出风口体积流率 的影响.可以看出,随着n的增大,90.扭曲叶 片贯流风机出风口体积流率先增加后减小,贯流 风机在叶片数取18到24左右时,性能最优. ,, 妻9O g ,-, 648 图7叶片数n对风机出风口体积流率的影响 图8为叶轮内外径之比Y对贯流风机出风口 体积流率的影响.可以看出,随着Y的增大, 90.扭曲叶片贯流风机出风口体积流率先增加后 减小,贯流风机在叶轮内外径之比取0.7到0.75 左右时,性能最优. 140 一 三100 60 0_86 图8叶轮内外径之比对风机出风口体积 流率的影响 5试验研究 根据数值计算的结果,设计制造了蜗壳间隙 为3mrn,蜗舌间隙占为3mm,叶片内圆周角Ot 为9O.,叶片外圆周角为5O.,叶轮外径D为 60ram,内径d为42ram和叶片数n为24的扭曲 角为90.电壁炉用贯流风机.根据自行研制的贯 流风机性能参数在线检测实验台实验测试了不同 转速W下贯流风机出风口风速平均值uj,并和 理论计算结果相比较,部分数值计算和实测结果 见图9. 在试验测试中,考虑到扭曲叶片贯流风机出 风口风速的不均匀性,采用沿轴向重复测试出风 口4个位置的风速值,取平均值作为贯流风机出 风口风速值. l6FLUIDMACHINERYVo1.39,No.6,2011 由图9可见,在不同转速下,数值计算结果和 实测结果基本吻合,证实了数值计算的正确性. 其偏差来源于数值计算收敛精度以及实测数据时 取样在贯流风机出风口格栅隔成的4段的中间位 置,导致实测结果偏大. 48 4.2 3.6 1100l200 ?(r/rain) 图9出风口风速(平均值)计算值和实测值比较 6结语 运用CFD方法数值研究了不同结构参数对扭 曲叶片贯流风机性能的影响,得到扭曲叶片贯流风 机结构参数中,叶片数影响最大,蜗壳和蜗舌问隙 影响最小.贯流风机结构参数的最优值为:较小的 蜗舌间隙,叶片内圆周角取80.左右,叶片外圆周角 取30.,5O.,叶片数取l8到24左右,叶轮内外径 之比取0.7到0.75左右,此时,贯流风机性能最 优.试验验证了理论计算结果的正确性. 参考文献 胡俊伟,丁国良,赵力,等.贯流风机流场模拟与性 能分析[J].机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ,2004,40(4):62-66. 游斌,吴克启.贯流风机变斜式叶轮与常规直叶轮的 对比研究[J].工程热物理,2005,26(1):58-60. 刘敏,王嘉冰,吴克启.数值模拟不等距叶片对贯 流风机的影响[J].工程热物理,2007,28(2): 214. 2l1— ToffoloA,LazzarettoA,MarteganiAD.Anexpefi— mentalinvestigationoftheflowpatternwithintheim— pellerofacross—flowfan[J].ExperimentalThermal andFluidScience,2004,29:53-64. 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