吸糧機三級離心風機內部流場的數值模擬(2)

    圖 5 給出了各級葉輪內部流道的靜壓力和總壓力分布。從圖中可看出，各級葉輪內部的靜壓力和總壓力都處在不同值區間，但無論哪級葉輪，其內部壓力分布都和單級離心葉輪的內部壓力分布相似 [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。葉輪內部壓力的最小值出現在進口處的吸入面上，最大值出現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葉輪內部壓力幾乎呈中心對稱分布，而第 3 級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定的壓力。
2.2 風機速度場分析
    圖 7 給出了風機在 X=0 平面上的速度分布。從圖中可以看出，各級葉輪內部氣體流動速度大致相同，在葉輪區域，速度的變化梯度最大，并在葉輪出口處達到最大值。當流體經過導風盤速度下降較快，而當流體流到蝸殼處時，速度將從蝸殼的外緣向內緣逐步降低。
    圖 8 給出了各級葉輪截面的速度分布。此截面中間區域即為葉輪所在區域。由圖 8 可見，無論哪一級葉輪內部，流體速度都是從葉輪進口處逐步增大，在葉輪出口處達到最大值，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 葉片的部分區域和中間區域的速度相對較低，其他區域相對較高，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，速度的最大值出現在靠近吸入面的一側。由于此蝸殼的最小端和最大端不相通，受此影響在第 3 級葉輪處，有部分區域內的流體速度相對較低，嚴重影響氣體流動的順暢性，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，氣體在該蝸殼內流動很不順暢，產生了多處的漩渦。分析認為發生這種現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，由于氣體運動慣性，此壁面的存在將使氣體在蝸殼內繞流時在小端區域形成大面積低速區，該區域氣流不足，壓力降低，這時風機內部其他區域的氣體將通過逆流來進行補充，因而形成了較大區域的漩渦和回流。這種現象將導致風機效率的嚴重降低，并造成較強的運行噪聲 [19] 。說明此蝸殼的結構有待改進。

3 各級葉輪壓力-速度耦合關系分析
    本文研究的三級風機在運行時，通過同一傳動軸進行傳動，各級間具有相同的工作轉速和相似流道，各級工作參數與上一級的輸出參數有較強的聯系。 圖10a、 b 給出了各級葉輪沿軸向的總壓力和速度場分布情況， 由圖10 可知， 總壓力和流動速度在各級葉輪內的分布形狀相似，但總壓力逐級遞增，且級間的遞增幅度基本一致，石家莊市風機廠而速度在各級葉輪之間變化不大。 圖11 則給出了各級葉輪內總壓和速度場聯合分布情況。從該圖也能看出每級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 級葉輪內總壓力>第2 級葉輪內總壓力>第1 級葉輪內總壓力。

4 結論與討論
    本文主要對產能為150 t/h吸糧機所用的DJLN07三級離心風機內部流場進行了數值計算，觀察了該串聯式離心風機的內部流動情況。分析數值計算后的結果，得到以下結論：
1） 氣體進入風機后， 其壓力在各級葉輪內不斷提高。 與單級離心風機葉輪內的壓力分布類似，各級葉輪中，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。前兩級葉輪內的壓力分布具有中心對稱性，而第3 級沒有。
2）氣體流經各級葉輪時，由于葉片的轉動使氣體的速度不斷升高，并在葉輪出口處達到最大。在各級葉輪內部對應位置，氣體的速度大小基本一致。
3）氣體在蝸殼內部流動不順暢，產生了多處漩渦及回流現象，這說明現有蝸殼的設計存在不合理之處，有待改進。根據上述分析，筆者認為可通過下述方法改善蝸殼內流動：將蝸殼小端制成一定角度的斜面形狀，順著氣流擴散方向由淺入深，以避免出現大面積的低速區和回流的存在，同時如果將蝸殼截面形狀由方形變成圓形，其內部流動順暢性將會有較大提高。
通過對多級離心風機內部流場的計算，可較好地捕捉其內部流動特征，分析各級間流場耦合關系。同時亦可為多級離心風機的改進設計提供依據。

    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.