控制速度分布的多翼离心风机优化设计
多翼离心风机是一种广泛应用在工业与民用通风领域的流体机械。多翼离心风机的结构特点是整体体积小，叶轮宽径比大、内外径比大、叶片数量多，性能特点是压力系数高，流量系数大，噪声比较低，因此是空调装置的首选。由于效率比较低，因此本文通过提出优化的设计方法设计叶轮，提高其效率，并采用CFD数值模拟进行分析与验证。 本文设计叶轮的主要思想是从造成叶轮流道内流动损失的根源出发，控制流道内边界层的增长、分离以达到减少流动损失的目的，实现叶轮的优化设计，使得叶道内的流动更加合理。通过对现有研究成果的分析，总结提炼了包括最大加速系数和最大加速位置系数等流动控制参数，这些流动控制参数对叶轮内流动有重要影响，可以体现对流动的控制，同时它们又与沿流道的速度分布直接相关，因此研究这些流动控制参数的最佳值即可达到优化叶轮设计的目的。首先采用考虑旋转和曲率的二维湍流边界层积分方程分析不同控制参数情况下叶轮叶道内边界层增长和分离，通过边界层动量厚度决定最佳控制参数，在此基础上建立相应的优化速度分布数学模型，并根据此模型确定最佳速度分布，而后根据速度分布设计出风机叶片型线，并判断设计结果是否满足压力流量要求，若满足则完成优化设计。 本文将原始机型和新型设计的模型应用N-S方程，并结合RNGk-ε湍流模型进行流动计算，基于数值模拟结果的原始机型性能预测和实验结果吻合良好，证实了所采用的计算模型和数值方法的可行性。通过数值模拟，比较了不同模型和原始机型的性能，并选择了最优化模型，最优化模型各工况下全压效率平均提高3.24％左右，工况点效率提高5.21％。针对最优化模型机型和单圆弧机型风机进行了流动分析研究，通过流动分析，风机内部的流动状态有所改善，原有的单圆弧机型叶轮内部叶道进口处存在着很大的漩涡以及流动分离，叶轮叶道内速度分布不均匀，新设计的模型叶轮叶道进口处分离流动减弱并且在叶轮叶道内速度分布比原有的叶轮均匀，从而减小速度损失，提高效率。
多翼离心风机;叶轮设计;速度分布;数值模拟;流动特征
浙江大学
硕士
流体力学
王灿星
2013
中文
TH432.3
82
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）