蜗壳优化对鼓风机金属叶轮稳定运行的影响

蜗壳是离心风机金属叶轮的重要组成部分。它可以通过导流与扩大压力来提高离心风机的效率。蜗壳入口气流由于受到蜗壳流动不对称的影响，导致分布不均的现象发生。这种分布不均匀的现象会直接堵塞叶轮出口，从而使叶轮发生周期性的加速或减速，进而降低离心风机的工作效率，缩小了鼓风机工作的范围，影响了金属叶轮的平稳运行。因此在蜗壳的优化设计过程中必须将蜗壳宽度对流场的影响考虑在内，合理设计外壳的宽度，降低对流场的影响。从而保证金属叶轮的平稳运行。

电机优化对鼓风机金属叶轮稳定运行的影响吸油烟机、空调系统等设备空间较小，为了节省空间，一般会使用内藏电动机设备。内藏电动机的长度、头部倾角等在一定程度上影响着风机性能和噪音。对内藏电动机的形状设计不当会增加金属叶轮内部的流动损失，从而导致噪声增大，离心风机性能降低。电动机的轴向长度和气流的排挤率呈正相关的关系。叶轮进口处的流道变窄会使前盘处脱流区域变大，从而导致金属叶轮内部损失增加。因此，在设计电机形状时，应充分考虑电机形状对叶轮内部流动的影响，从而提高金属叶轮的稳定性，确保离心风机的性能。

针对鼓风机有无进气箱两种结构形式，建立了两种计算模型，利用CFX 软件对两种模型进行数值模拟，研究其内部三维流场特性，基于数值模拟结果分析了进气箱对离心风机的性能影响。数值模拟结果表明：加进气箱后，离心风机的全开流量与压力有所降低，缩短了有效工作区域；在鼓风机内部叶轮进口处产生涡旋现象，堵塞了叶轮流道，使风机的效率和压力降低。数值模拟结果与实验测试值对比是比较吻合。进气箱是离心风机重要的组成部分，主要应用于大型离心风机与双吸离心风机。进气箱在其出口处气体发生近90°转弯，内部流场十分复杂，并造成很大的流动损失。其出口速度的不均匀性对鼓风机性能影响明显，有必要对其特性进行研究。A.G.Sheard通过研究加进气箱的通风机，在鼓风机叶轮进口加导流板控制叶轮进口的非均匀气流，结果表明在叶轮进口加导流板能够提高风机的全压，并得出了叶片根部断裂的原因。使用三维粒子动态分析仪（3D-PDA）对大型风机进气箱内部三维气体流场进行测量，揭示了其内部流动的基本特征，为了解进气箱流场结构和流动机理提供了依据。

将鼓风机模型导入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。

鼓风机采用标准k-ɛ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，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，为了揭示鼓风机内的流场特性，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。