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叶片形状优化对5-48离心风机金属叶轮稳定运行的影响

叶片的结构优化对离心风机金属叶轮平稳运行有着重要的影响。本文对吸声蜗壳对风机降噪效果进行了研究，分别对单独蜗板、后盖板、蜗板与后盖板、蜗板与前盖板加装消声材料的4种方式进行了试验测量，在5-48离心风机全工况范围内，风机噪声都有不同程度的降低，其中蜗板加后盖板组合的降噪效果好。目前很多学者研究了叶片出口安装角的结构优化以及叶片高度的结构优化，但是对于叶片形状的结构优化研究得较少。气流在叶片的不同区域的流动有很大的不同。在叶轮前盘，气流的流动方式主要是轴向流动。在叶轮的中后盘，气流的流动方式主要是径向流动。通过这种方式，达到叶轮前盘向中后盘送风，使叶轮中后盘出风的目的。由此可见，通过对叶片形状进行优化设计，可以在一定程度上增加叶片的送风量以及有效通道的宽度，使得离心风机的效率得到提高，从而---金属叶轮的平稳运行。

5-48离心风机具有体积小、压力系数---一系列优点，在工业、农业等各个领域都得到广泛应用，是人们生产生活中必不可少的一种机器设备。为了---数值计算结果的准确性，避免网格误差对其模拟结果造成影响，对5-48离心风机进行网格无关性验证，如表1所示。离心风机主要由集流器、蜗壳、电机以及叶片四个部件组成。各部件的结构优化对离心风机金属叶轮稳定运行起着重要的作用。随着科学技术的发展以及生活水平的提高，对5-48离心风机进行结构优化越来越受到人们的关注。因此本文通过对集流器优化、蜗壳优化、电机优化以及叶片形状进行优化，来观察结构优化之后的离心风机对金属叶轮稳定运行的影响，以促进离心风机的生产工作朝着更完善、更健康的方向发展。

将5-48离心风机模型导入icem 进行网格划分，网格划分过程中对离心风---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。以5-48离心风机蜗壳与叶轮出口在半径方向上的间距随方位角线性递增来优化蜗壳型线，并用试验证明了---的蜗壳型线不仅能提高风机效率及全压，还能改变流量-压力曲线的变化趋势。对风机的进口与出口适当延长，以---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，网格为0.3以上；带进气箱的离心风机网格数量为380万，网格为0.3以上。

5-48离心风机采用标准k-?模型，壁面函数为scalable，数值计算方法为---求解格式，求解格式为一阶格式。加米字形集流器和普通圆弧形集流器内部流场受压分布所示，5-48离心风机米字形集流器入口压力为-8000pa，到集流器出口达到-18000pa，压差10000pa。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5-48离心风机内的流场特性，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。

消声蜗壳对5-48离心风机气动性能的影响原风机与不同消声组合试验所得的气动性能对比如图3 所示。但上述边界条件只针对高雷诺数而言，在固体壁面附近，流体粘性应力将取代湍流雷诺应力，并在临近固体壁面的粘性底层占主要作用。试验结果表明: 由于穿孔板相对于光滑的铝板有着较高的壁面摩擦阻力，导致加装穿孔板后的风机压力和效率在整个测试工况范围内都有不同程度的降低。4种消声组合方式的压力损失并不相同，当额定转速为3 800 r /min，在设计工况下，a 组合改进风机全压降低了约16．0 pa，效率下降了约1．28%; b 组合改进风机全压降低了约5．0 pa，5-48离心风机效率下降了约0．9%; c 组合改进风机全压降低了约36．8 pa，效率下降了约3．18%; d 组合改进风机全压降低了约45．8 pa，效率下降了约3．28%。

主要由于安装穿孔板的面积不同，导致不同消声组合方式的摩擦损失不同。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。b 组合即只在风机后盖板上安装穿孔板，风机压力损失小。不同工况下，风机压力和效率损失也不相同，在设计工况及偏大流量工况下，5-48离心风机压力和效率损失较大，效率也同步降低。主要原因是大流量工况下，蜗壳内部气流速度较高，气流与穿孔板之间的摩擦损失增加。消声蜗壳为a 组合形式时与原风机的出口a声级随流量变化的对比图。可以看出，不同工况下，a 型消声蜗壳的降噪效果不同，5-48离心风机在额定工况点附近，降噪效果好; 在大流量工况下，降噪效果变差，这主要因为大流量情况下，蜗壳内气体流速较大，而气体流速对吸声材料的吸声效果影响很大; 在小流量工况下，风机流动恶化，风机振动较大，导致振动噪声很大以致降噪效果反而变差。与原风机相比，在额定工况点a 声级降低约4．5 db( a) ，在大流量工况下，a 声级降低约3．6 db( a) ，在小流量工况下，a 声级降低约1．9 db( a) 。