高压离心通风机模化设计的可压缩性修正系数的探讨.doc

高压离心通风机模化设计的可压缩性修正系数的探讨* 李景银 黄 靓/西安交通大学 金永臣 焦书平/四平金丰股份有限公司高压离心风机模化设计一般都是采用可压缩性系数修正压力设计结果，而且行业普遍认为这就是考虑气体可压缩性效果的系数，是非常合适和足够的，但是，研究表明采用可压缩机性系数来修正模化设计压力反而使模化设计后的压力更加偏大，误差更大。 Discussion on the Compressible Coefficient in Modeling Design of High-pressure Centrifugal Fans Abstract: The paper specifies the deduction of compressible coefficient in modeling design of fan and its relationship with front coefficient of energy in compressor. The pressure diversification acted on compressible coefficient is given and the conclusion is obtained. Key words: high-pressure centrifugal fan; modeling design; compressible coefficient 0 引言 现在工程界普遍认为，在模化设计高压通风机时，采用可压缩性系数修正压力设计结果是非常合适和足够的。但是，本文通过对一台离心通风机的数值计算发现，在保持雷诺数不变的前提下，当该模型风机的轮周马赫数增大3倍，气体有可压缩性特性时，与计算结果相比，采用考虑可压缩性系数修正的模化公式比不采用可压缩性系数修正的风机压力偏离计算压力更大，而保持雷诺数Re不变时，直径增大3倍后的压力变化很小。通过公式推导和参考其他文献试验数据发现，由于高压通风机压力模化的假设不合适，导致可压缩性系数的使用造成模化设计的压力更加偏大，所以，如何使用值得认真考虑。 1 可压缩性修正系数的引入 无论风机压力高低，欧拉方程和气体压缩功是计算叶轮对气体做功的基本公式。然而传统上，在低压通风机设计和计算中，工程界一般是按不可压缩气体进行设计和计算的，并由此推导出通风机相应的不可压气体做功的公式。当风机压力较高，这样的计算往往带来较大的误差。为减小此误差，又希望采用类似不可压缩气体的计算公式，国内外共同的做法是在相关的公式中引入一个称之为“压缩修正系数”的来处理。 可压缩性修正系数的推导及其与压缩机中的能量头系数的关系 对于绝热压缩过程，由热力学知，流过风机的单位质量气体获得的压缩功为 （1） 式中 ——绝热压缩功，J/kg ——风机进口绝对全压，Pa ——风机出口绝对全压，Pa ——风机进口气体密度，kg/m3 ——绝热指数，对空气 由风机全压定义知 故 所以 （2） 将 写成 （3） 将式（2）和式（3）代入式（1）中可得到以通风机全压pt和进口压力p1表示的风机压缩功计算公式： (4) 按可压缩性气体计算时，风机在单位时间内对气体做的有效功率为气体质量流量与风机单位质量气体所获得的压缩功乘积，即 （5） 而不可压缩气体的风机有效功率为容积流量与风机全压的乘积，计算公式为 （6） 将可压缩性气体的功率计算公式（5）按不可压缩气体的功率计算公式（6）整理，则公式（5）可推导为 进一步简写为 （7） （8） 由此可见，实际可压缩气体获得的功需要按公式（7）计算，与通常不可压风机的功率计算公式相比，多了一项，故称为可压缩性系数。 令（此处要强调指出，为一个假想的压力值），且定义具有可压缩性的高压通风机全压系数为 （9） 则当风机全压很小，气体的压缩性基本没有时，压缩性修正系数=1，式（9）与不可压气体的风机全压系数定义是一致的。由式（9）进一步推导可得 （10） 为轴流或离心压缩机中的能量头系数定义。 所以，考虑可压缩性系数的风机全压系数定义实质上与压缩机的能量头系数是一样的，是同一个系数。 由此可见，考虑可压缩