集流器形式对轴流式风机性能影响的研究.doc

摘要：采用CFD数值模拟方法研究了不同结构形式集流器对大型轴流式风机性能的影响。计算得到了风机压升和效率随流量变化的性能曲线，对比分析了不同结构形式集流器对风机性能影响的原因，为合理设计与选择集流器形式改善风机性能提供了依据。关键词：轴流式风机；集流器；性能中图分类号：TH432.1 　文献标志码：BResearch on the Effect of Collector Forms on the Performance of Axial Flow FanAbstract：The influence of couectors with different structure forms on large type axial flow fan performance was studied by using CFD numerical simulation method. The performance curve of fan pressure rise and efficiency changeable with flow was calculated and obtained. The effects of different collector forms on fan performance were compared and analyzed, it provided the gist for well design and reasonable choose for improving the performance of axial flow fan.Key words: axial flow fan; collector; performance0　 引言　　集流器是风机的重要辅助部件，与流线罩一起组成渐缩形流道，使气流在此加速，在风机的进口前建立起均匀的速度场和压力场，以降低流动损失提高风机效率。集流器中气体流速不大，管长比较短，本身流动损失不大[1]?，一般情况下可以满足进口条件的均匀流场并保证效率。集流器形式会影响风机性能，设计良好的集流器流动损失较小，而设计不合理会使进口条件恶化，导致性能[2]下降。目前对于集流器的研究主要集中在试验分析[3]小型轴流式风机的数值模拟[4-8]?，而对于大型风机研究不多。本文以某大型轴流式风机为例，改变集流器形式在整机条件下进行数值模拟，对比分析不同形式集流器对风机性能影响的原因。　　风机集流器最常用的有三种形式：圆筒形、圆锥形和圆弧形。在集流器出口截面面积相同的条件下，采用与圆弧形相同的曲率设计了喷嘴形。四种形式集流器形状见图1。 1 计算模型及数值计算1.1 计算模型与网格划分　　计算模型采用的某大型轴流风机由集流器、流线罩、叶轮、后导叶、扩散筒等组成。该风机的轴流级由动叶片和后导流叶片组成，叶轮进口前方安装了支撑架结构。计算模型见图2。气流由集流器进入，通过流线罩和前支架进入叶轮，获得能量后由扩散筒流出。风机基本参数见表1。整个计算域从集流器进口到扩散段出口，并在其后延长了一段距离。通过计算确定延长两个风机长度可以保证没有回流，使计算出口处流动达到稳定。 　　风机结构复杂并且叶片形状不规则，生成结构化网格比较困难，相反非结构化网格适应能力强，在处理复杂结构时有利于网格的自适应。计算选用四面体非结构化网格，流场区域采用HyperMesh生成面网格，由T-Grid生成体网格，建立网格模型。在流动状态复杂部位、叶顶间隙与叶片尖部进行了网格加密，整个计算区域划分为进口段、叶轮段和出口段，其中叶轮区域为动区域，进口和出口两段为静止区域。计算网格面网格数为120万，体网格数在1 600万左右。近壁区域边界层划分了5层，总厚度在15mm左右，壁面网格分布的Y+值在10～200范围内。1.2 数值求解方法　　流动计算采用FLUENT软件，选择设计转速下的不同流量进行计算，进口流量分别取为80%、90%、100%、110%的设计流量。旋转叶轮和静止部件之间流动采用多参考坐标系法(MRF)耦合。动静子区域交界面设为interior，在此处交换惯性坐标下的流动参数，保证界面参数的连续性。　　计算域进出口气流方向均为轴向，进口给定质量流量进口，出口设为压力边界条件，定义出口压力相对大气压力为0。叶轮和机壳与流体接触区域的固体壁面采用无滑移边界条件，近壁区域采用标准壁面函数，忽略重力。设定湍流模型为Realizable k-epsilon，进、出口的湍流度和湍流粘度比分别为1%和10。　　计算采用隐式分离、SIMPLE压力速度耦合方法进行，计算时先用一阶迎风格式得到初值，然后改用二阶迎风格式得到更高精度的解。计算在512核刀片服务器上进行，使用了2