吸糧機(jī)三級(jí)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的數(shù)值模擬(2)

    圖 5 給出了各級(jí)葉輪內(nèi)部流道的靜壓力和總壓力分布。從圖中可看出，各級(jí)葉輪內(nèi)部的靜壓力和總壓力都處在不同值區(qū)間，但無論哪級(jí)葉輪，其內(nèi)部壓力分布都和單級(jí)離心葉輪的內(nèi)部壓力分布相似 [10-14] ，隨著流體流向葉輪的出口，同一葉片的壓力面和吸力面的壓力都逐漸升高，但壓力面所受的最大壓力總要比吸入面所受的最大壓力要大，并且流道中間的壓力要比流道兩邊的壓力低。葉輪內(nèi)部壓力的最小值出現(xiàn)在進(jìn)口處的吸入面上，最大值出現(xiàn)在出口處的壓力面上 [15-16] 。從圖 5 中可以明顯地看出前兩級(jí)葉輪內(nèi)部壓力幾乎呈中心對稱分布，而第 3 級(jí)葉輪則不具有對稱性。蝸殼截面的靜壓和總壓分布如圖 6 所示，由圖可以看出，蝸殼內(nèi)部壓力隨蝸殼流道從小到大的方向逐漸增大，最后在出口管道中形成穩(wěn)定的壓力。
2.2 風(fēng)機(jī)速度場分析
    圖 7 給出了風(fēng)機(jī)在 X=0 平面上的速度分布。從圖中可以看出，各級(jí)葉輪內(nèi)部氣體流動(dòng)速度大致相同，在葉輪區(qū)域，速度的變化梯度最大，并在葉輪出口處達(dá)到最大值。當(dāng)流體經(jīng)過導(dǎo)風(fēng)盤速度下降較快，而當(dāng)流體流到蝸殼處時(shí)，速度將從蝸殼的外緣向內(nèi)緣逐步降低。
    圖 8 給出了各級(jí)葉輪截面的速度分布。此截面中間區(qū)域即為葉輪所在區(qū)域。由圖 8 可見，無論哪一級(jí)葉輪內(nèi)部，流體速度都是從葉輪進(jìn)口處逐步增大，在葉輪出口處達(dá)到最大值，且速度變化梯度較均勻。在2 葉片間的流道中，速度分布呈 W 型，即靠近 2 葉片的部分區(qū)域和中間區(qū)域的速度相對較低，其他區(qū)域相對較高，而且靠近葉片壓力面的流體速度總比靠近另一葉片吸力面的速度大 [17-18] ，但在葉輪出口處，速度的最大值出現(xiàn)在靠近吸入面的一側(cè)。由于此蝸殼的最小端和最大端不相通，受此影響在第 3 級(jí)葉輪處，有部分區(qū)域內(nèi)的流體速度相對較低，嚴(yán)重影響氣體流動(dòng)的順暢性，如圖 8e、f 所示。
    殼截面的速度矢量圖如圖 9a 所示，從圖 9 中可看出，氣體在該蝸殼內(nèi)流動(dòng)很不順暢，產(chǎn)生了多處的漩渦。分析認(rèn)為發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因是蝸殼形狀，即蝸殼小端與蝸殼出口的通道被壁面所擋，由于氣體運(yùn)動(dòng)慣性，此壁面的存在將使氣體在蝸殼內(nèi)繞流時(shí)在小端區(qū)域形成大面積低速區(qū)，該區(qū)域氣流不足，壓力降低，這時(shí)風(fēng)機(jī)內(nèi)部其他區(qū)域的氣體將通過逆流來進(jìn)行補(bǔ)充，因而形成了較大區(qū)域的漩渦和回流。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率的嚴(yán)重降低，并造成較強(qiáng)的運(yùn)行噪聲 [19] 。說明此蝸殼的結(jié)構(gòu)有待改進(jìn)。

3 各級(jí)葉輪壓力-速度耦合關(guān)系分析
    本文研究的三級(jí)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，通過同一傳動(dòng)軸進(jìn)行傳動(dòng)，各級(jí)間具有相同的工作轉(zhuǎn)速和相似流道，各級(jí)工作參數(shù)與上一級(jí)的輸出參數(shù)有較強(qiáng)的聯(lián)系。 圖10a、 b 給出了各級(jí)葉輪沿軸向的總壓力和速度場分布情況， 由圖10 可知， 總壓力和流動(dòng)速度在各級(jí)葉輪內(nèi)的分布形狀相似，但總壓力逐級(jí)遞增，且級(jí)間的遞增幅度基本一致，石家莊市風(fēng)機(jī)廠而速度在各級(jí)葉輪之間變化不大。 圖11 則給出了各級(jí)葉輪內(nèi)總壓和速度場聯(lián)合分布情況。從該圖也能看出每級(jí)葉輪總壓力均隨著速度的增大而增大；且變化趨勢相同；同一速度，第 3 級(jí)葉輪內(nèi)總壓力>第2 級(jí)葉輪內(nèi)總壓力>第1 級(jí)葉輪內(nèi)總壓力。

4 結(jié)論與討論
    本文主要對產(chǎn)能為150 t/h吸糧機(jī)所用的DJLN07三級(jí)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，觀察了該串聯(lián)式離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)情況。分析數(shù)值計(jì)算后的結(jié)果，得到以下結(jié)論：
1） 氣體進(jìn)入風(fēng)機(jī)后， 其壓力在各級(jí)葉輪內(nèi)不斷提高。 與單級(jí)離心風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)的壓力分布類似，各級(jí)葉輪中，葉片壓力面所受的最大壓力總要比吸入面所受的最大壓力大。前兩級(jí)葉輪內(nèi)的壓力分布具有中心對稱性，而第3 級(jí)沒有。
2）氣體流經(jīng)各級(jí)葉輪時(shí)，由于葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)使氣體的速度不斷升高，并在葉輪出口處達(dá)到最大。在各級(jí)葉輪內(nèi)部對應(yīng)位置，氣體的速度大小基本一致。
3）氣體在蝸殼內(nèi)部流動(dòng)不順暢，產(chǎn)生了多處漩渦及回流現(xiàn)象，這說明現(xiàn)有蝸殼的設(shè)計(jì)存在不合理之處，有待改進(jìn)。根據(jù)上述分析，筆者認(rèn)為可通過下述方法改善蝸殼內(nèi)流動(dòng)：將蝸殼小端制成一定角度的斜面形狀，順著氣流擴(kuò)散方向由淺入深，以避免出現(xiàn)大面積的低速區(qū)和回流的存在，同時(shí)如果將蝸殼截面形狀由方形變成圓形，其內(nèi)部流動(dòng)順暢性將會(huì)有較大提高。
通過對多級(jí)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的計(jì)算，可較好地捕捉其內(nèi)部流動(dòng)特征，分析各級(jí)間流場耦合關(guān)系。同時(shí)亦可為多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

    Abstract: In order to catch the figure of internal flow field of multi-stage centrifugal fan, centrifugal fan of a pneumaticgrain sucker was used as the research object in this thesis, three-dimensional steady and compressible computation wasperformed for its whole internal flow by using FLUENT 6.3 software. During the course of the calculation, the accuracyand efficiency of computation were overall considered，the model of all channels were built by using Pro/E as a solutiondomain, the MRF （moving reference frame） method was used to realize real-time transmission of flow parameters amongeach stage impeller, the RNG(Renormalization Group) k-ε turbulent model and method of Roe-FDS （Roe flux differencesplitting）flux difference with first order upwind spatial discrete schemes were used to realize the simulation. Accordingto the result, the distribution diagrams of pressure and velocity in the main area were provided, through analyzing it wasfound that flow velocity of gas between each impeller maintains the same level, but static pressure and total pressureincrease gradually, and except the third impeller, the distribution of flow field in the first and second impeller is mostlysymmetrical. Through analyzing the internal flow field of volute, the design defect of his fan that gas could not flowsmoothly in the small part of volute was discovered, and the advice for improving volute structure was given, which provides reference for improving the efficiency of the fan.