石家莊風機技術計算

3.4 離散格式及算法
離散方法采用有限體積法， 壓力—速度耦合關系采用SIMPLE算法； 湍動能、 耗散率、 動量方程的離散采用二階迎風格式。計算收斂標準設定為各項殘差小于 1×10 -5 時計算收斂。
4 計算結果及分析
通過 Fluent 軟件計算可以得到清掃車專用風機在額定工況下 （風機轉速 n=2400r/min ） 葉輪中間截面的速度分布云圖， 如圖3 所示。流線圖， 如圖 4 所示。總壓分布云圖， 如圖 5 所示。渦耗散云圖， 如圖 7 所示。渦量云圖， 如圖 8 所示。

    由圖 3 速度分布云圖可以看出，原始結構的蝸殼出口處存在一個明顯的低速回流區， 而改進結構蝸殼出口處則沒有產生回流并且流場分布均勻， 圖 4 流線圖也說明了這一點。回流區的存會阻塞氣流的流出， 使得專用風機的氣動性能降低。原始結構葉片出口靠近壓力面附近， 存在一個高速 “射流區” ， 而靠近吸力面附近， 形成速度較小的 “尾流區” ， 即原始結構葉輪出口處存在典型的 “射流—尾流” 結構。此外， 原始結構葉輪流道產生了嚴重的分離流動和漩渦流動 [7-8] ， 如圖 石家莊風機4 所示。漩渦區的存在造成內流通道有效流通面積狹窄， 形成嚴重氣流堵塞和脈動， 加之葉片尾緣速度分布均勻性差， 這些均導致了嚴重的流動損失。改進結構葉輪流道無明顯 “射流—尾流” 結構存在， 絕大部分流道的流線緊貼葉片表面流動， 速度分布均勻， 流場順暢。可以推測， 改進結構的專用風機效率將會提高， 噪聲將會降低。

    由圖 5 可以看到， 總壓在葉輪進口處較小， 通過旋轉葉輪對氣體做功， 葉輪流道內總壓值不斷增大， 在葉片末端壓力面附近區域達到最大值。 當氣體進入蝸殼后， 由于蝸殼的擴壓作用， 總壓值開始減小 [9] 。 改進結構葉輪流道和蝸殼內總壓分布要均勻得多，而且蝸舌附近壓力變化幅度也較小，對后面的流場影響不大， 使得氣流在蝸殼出口附近更順暢， 流動損失更小。由圖 6、 圖 7 可以看到， 改進結構葉輪流道及葉片表面的渦耗散值比原始結構要小得多， 特別是在葉片末端尾緣處。這說明改進結構在葉片尾緣處的流動得到了改善， 可以有效的降低氣流渦脫落造成的渦流噪聲 [10] 。同時， 改進結構蝸殼內的渦耗散也明顯降低，這從另一個方面也證明了改進結構蝸殼內流場的均勻性， 可以推測， 改進結構的氣動效率將會提高。

    根據湍流渦聲理論，氣動噪聲與漩渦的拉壓和變形密切相關， 基于氣動噪聲聲源機理， 渦量是關聯氣動噪聲源的關鍵湍流量。風機葉輪流道湍流渦量分布圖 8 表明， 原始結構在吸力面中間通道中， 由于二次漩渦與主流氣流劇烈摩擦， 形成了內部剪切層， 其渦量值處于高位； 此外， 葉片尾緣尾跡流處渦量值也較高，這些區域往往是造成專用風機較高噪聲的主要地方 [11-12] ； 而改進結構在這些區域的渦量值明顯減小， 因此改進后專用風機的噪聲將會降低。
5 試驗對比分析
    從表 1 可以看出，進行技術改造后清掃車專用風機的流量提高了 28.1%， 能耗降低了 14.67%， 噪聲降低了 5.4dB， 效率提高了 9.3%。這說明提出的依據流體仿真分析來優化風機葉輪結構方案的合理性及可行性。

6 結論
（1 ） 葉片型式對清掃車專用風機性能有較大的影響， 相比前向離心風機， 后向離心風機葉輪流道無明顯 “射流—尾流” 結構存在， 速度分布更均勻， 渦耗散和渦量小， 流場順暢， 風機性能高。
（2 ） 通過試驗測試對比分析， 進行技術改造后清掃車專用風機的流量有了一定的提高， 能耗和噪聲有了明顯的降低， 內效率有很大的提高。 這說明利用后向風機替代前向風機是清掃車專用風機改進設計的可行方向。 （3 ） 利用 Fluent 軟件的仿真模擬可以很好地指導工程實踐， 也可以替代某些試驗， 極大地縮短了研發周期。