三級離心風機內部流場分析

離心風機是氣力輸送系統核心設備，在氣力輸送工作中，需要以離心風機連續地向整個管道提供一定壓力的空氣流，使散狀物料在壓力作用下沿管道吸入料倉。因此確保離心風機給管道提供一個合適的壓力值，是氣力輸送機械高效工作的保證。但在實際作業中，離心風機的工作流量和壓力受物料輸送量的變化影響嚴重，輸送量的變化會使得風機偏離其設計工況，常處于變工況狀態下工作。受工況變化的影響，離心風機內部會出現很多設計工況下所沒有的流動現象
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，這將對離心風機的工作性能產生很大影響。
因此了解不同工況下離心風機內部流動狀態利于風機工作性能實施合理調節。
本文在第三章，建立了風機在出口寬度為 8mm、轉速為 4600r/min 時數值計算的模型，并進行了計算。根據數值計算的結果，本章在第一節對三級離心風機在該設計工況條件下的內部流動特點進行了詳細的分析。然后在后續章節中，通過計算不同轉速、管道出口大小時風機的內部流場，對比研究了該風機在不同工況下內部流動的異同點，找到了變工況狀態下風機的性能特點，對風機的調節具有參考意義。
4.1 設計工況下風機內部流場計算結果分析
本節對三級離心風機在出口圓環大小為 8mm，額定轉速即 4600r/min 時的計算結果進行了分析，得到了該風機在設計工況下內部流動的特點，驗證了模型的正確性。
4.1.1 設計工況下風機壓力場分析
為方便研究，取風機在圖 3-10 中標出 X=0 截面即子午面作為分析對象。圖 4-1(a)和圖 4-1(b)所示為該截面上的靜壓力和總壓力分布。由圖 a 可見，風機入口處的靜壓力低于大氣壓，由于壓差的存在，外部的氣體被源源不斷的壓入風機。風機內部靜壓力從風機進口處沿流道是逐級上升的，這是葉輪做功的表現。每級葉輪之間壓力變化都較平均。在第 1 級和第 2 級葉輪流道中，靜壓力分布幾乎是以風機轉動軸線對稱分布的，但在第 3 級葉輪流道中，由于蝸殼的存在而顯示出非對稱性。在葉輪內部區域，壓力變化梯度最高，在導風盤區域壓力幾乎沒變化。同時觀察發現，在每一級葉輪輪蓋與機殼區域的流體靜壓力總比同一位置處的葉輪內部靜壓力大。圖(b)所示為總壓力云圖，其分布與靜壓分布基本類似。
圖 4-2 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數值區間，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，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
。從圖 4-2 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 4-3 所示，由圖可以看出，蝸殼內部壓力處于較高水平，且壓力隨蝸殼流道從小到大的方向逐漸增大，最后由于受管道出口的限制，在出口管道中形成了穩定的壓力。