离心鼓风机内部流场数值模拟及结构优化

摘要..................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................. III 第一章绪论 ...................................................................................... - 1 -

1.1课题研究的背景和意义 (1)

1.2离心风机内部流动的研究现状 (2)

1.3本文的主要工作 (6)

第二章离心鼓风机内部流场数值模拟............................................. - 7 -

2.1离心鼓风机内部三维流场数值求解方法 (7)

2.2离心鼓风机的基本参数 (8)

2.3离心鼓风机模型建立和网格实体生成 (9)

2.3.1 鼓风机的基本结构和计算模型.................................................................. - 9 -

2.3.2 控制方程和湍流模型................................................................................ - 10 -

2.3.3 网格划分以及无关性验证........................................................................ - 11 -2.4数值计算方法与边界条件设置 .. (12)

2.5本章小结 (12)

第三章离心鼓风机数值模拟准确性验证及结果分析..................... - 13 -

3.1离心鼓风机原型在整个运行工况的性能分析 (13)

3.2离心鼓风机不同工况点的数值模拟流场结果详细分析 (15)

3.2.1 内部流场的压力（表压）图分析............................................................ - 15 -

3.2.2 内部流场的速度和相对速度矢量图分析................................................ - 17 -

3.2.3 内部流场的温度图分析............................................................................ - 19 -

3.2.4 叶轮内部的矢量图分析............................................................................ - 20 -

3.2.5 整机内部的矢量图分析............................................................................ - 22 -

3.2.6 叶片上静压力分布XY数值图分析.......................................................... - 24 -3.3本章小结 .. (24)

第四章离心鼓风机叶轮内部参数优化............................................ - 25 -

4.1转速对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟 (25)

4.2叶片数对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟 (27)

4.3叶轮为20个叶片数下不同出口角的数值模拟 (30)

4.4叶片出口角对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟 (33)

4.5叶轮综合优化后的结果 (36)

4.6本章小结 (39)

第五章离心鼓风机蜗壳优化........................................................... - 41 -

5.1采用圆蜗壳形状时 (41)

5.1.1 采用圆形蜗壳后的全工况数值模拟结果................................................ - 42 -

5.1.2 在设计压升20000Pa的工况时的流场详细分析.................................... - 44 -5.2采用偏心蜗壳时 .. (46)

5.2.1 采用偏心蜗壳后的全工况数值模拟结果................................................ - 47 -

5.2.2 在设计压升20000Pa的工况时的流场详细分析.................................... - 50 -5.3蜗壳锥角为35℃时 (52)

5.3.1 采用35°锥角蜗壳后的全工况数值模拟结果....................................... - 53 -

5.3.2 在设计压升20000Pa的工况时的流场详细分析.................................... - 55 -5.4蜗壳锥角为45℃时 (57)

5.4.1 采用45°锥角蜗壳后的全工况数值模拟结果....................................... - 58 -

5.4.2 在设计压升20000Pa的工况时的流场详细分析.................................... - 60 -5.5蜗壳综合优化 (62)

5.6本章小结 (65)

第六章总结与展望.......................................................................... - 67 -

6.1结论 (67)

6.2展望 (68)

参考文献........................................................................................... - 69 -

致谢............................................................................................... - 73 -

附录: 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与科研项目......... - 75 -

湖南科技大学硕士学位论文

第一章绪论

1.1 课题研究的背景和意义

当今全球的可持续发展问题，已经集中体现在能源的节约和高效利用上，能源己经成为制约全球经济和社会发展的根本因素。当前我国的能源系统利用效率不高，约为32.4%，比国际上能源利用率高的国家其能源利用率水平低了近10%，在提高能源利用效率及节能这一方面，我国仍然有很长的路要走[1]。

在世界的动力装置和耗能设备中，叶轮机械占了很高的比重，而风机在叶轮机械中占有很大比例，其中离心风机是最普遍使用的风机类型，大量应用在日常生活中的通风、空调制冷设备以及化工、煤炭、电力、石油、冶金等国民经济的工业领域，是众多工业部门的核心输送气体介质的机械和主要的能耗设备[2]。所以，我国在现阶段，提高离心风机的研究和设计水平，对加快我国国民经济发展以及能源的节约和有效配置都有着非常重要的作用。

（1）叶轮机械概述

靠转动叶轮上叶片的动力作用将能量传递给连续流动的流体或靠流体传出的能量推动叶片旋转的装置，称为叶轮机械。在叶轮机械中，转动叶片对流体做正功或负功，使流体的压力升高或降低。叶轮机械分为两大类：一类是工作机，流体从其中吸收功率增加压头或水头，如叶片式泵和通风机；另一类是原动机，流体在其中膨胀、降低压力或水头产生功率，如汽轮机和水轮机。人们往往把原动机称为透平，而把工作机成为叶片式流体机械[3~5]。

（2）离心鼓风机主要部件

按照风机工作原理的不同分为叶片式和容积式两大类，其中叶片式又可分为轴流式、离心式和混流式。按照风机产生压力的高低，又可分为鼓风机、压缩机和通风机。我国现行机械行业标准JB/T2977-92中规定：通风机是指进口为标准空气进口条件下，出口压力（表压）小于0.015MPa的风机；出口压力（表压）在0.015MPa和0.2MPa之间的称为鼓风机；出口压力（表压）大于0.2MPa的称为压缩机[6]。

离心叶轮机械广泛应用于各行各业，它消耗着巨大的能源，因此提升离心叶轮机械研发和设计水平，对国民经济的发展及节约能源有着重要的意义。大量研究表明：要想提髙其效率、扩大其工况范围和提高其安全性，必须对离心叶轮机械内部流动进行深入了解，优化对其效率和性能产生重要影响的几何结构参数，以期得到最终的完善设计方案。

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