設計工況下風機速度場分析

.1.2 設計工況下風機速度場分析
圖 4-4 給出了風機子午面上的速度分布。從圖中可看出，各級葉輪內部氣體流動速度大致相同，在流入葉輪前，氣體速度處于較低水平，進入葉輪后氣體不斷被加速，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。在葉輪輪蓋與機殼之間區域的氣體速度比對應的葉輪內的氣體速度低，且在該區域底部為氣體的低速區域。當氣體經過導風盤速度下降較快，流到蝸殼處時，速度隨氣體在蝸殼內部位置的不同而變化，如圖 b 所示，在 X=0 平面的蝸殼小端截面上，靠近葉輪出口側的氣體速度低，甚至發生回流，而在另一側氣體速度相對較高，流動順暢；在蝸殼大端截面上，由于通往蝸殼的流道與葉輪區域氣體的流動方向相差 90°，導致氣體在該處速度急劇下降，形成了漩渦，從而使動能損失增大，降低了風機的效率，同時也增大了噪聲。
圖 4-5 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。在兩葉片間的流道中，速度分布呈 W 型，即靠近兩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高，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，即不存在蝸舍，受此影響在第 3 級葉輪的出口流道處，有部分區域內的氣體速度相對較低，嚴重影響氣體流動的順暢性，同時在對應的葉輪內部，壓力面側的部分氣體速度比其他區域高出許多，如圖(e)、(f)所示。
在風機的入口管道內，由于壓差的存在，氣體徑直流向葉輪進口，在葉輪進口處，大部分氣體從葉輪通道的中間區域徑向進入葉輪流道，導致中間通道的氣體切向流速低，兩側的流速高，但此處氣體的徑向速度最大，進入葉輪后，由于葉輪的旋轉運動，氣體的運動方向發生巨大變化，運動速度產生切向分速度，且靠近壓力面側的氣體切向速度小，徑向速度大，而靠近吸力面側的氣體則是切向速度大，徑向速度小。這種現象發生在整個葉輪區域。如圖 4-6(a)所示。第二級葉輪內部流動情況類似。第三級葉輪進口處的流動情況與前兩級差別較大，如圖 4-6(b)所示，進入葉輪前，氣體的流動速度存在顯著差異，同時由于第三級存在大面積的低速區域，其對應的葉道內的氣體出現倒流，從葉輪進口流出，再流入其他流道，在這些出現倒流的葉道中，壓力面的速度較大，且徑向分速度方向指向葉輪進口，整個流道氣體的流動軌跡成凹形，而在其他葉道中，氣體流動軌跡成凸形。
蝸殼截面的速度矢量圖如圖 4-7 所示，從圖中可看出，氣體在該蝸殼內流動很不順暢，產生了多處的漩渦。分析發現發生這種現象的主要原因為:（1）風機管道出口大小的限制。由于風機出口段通道僅為 8mm 的圓環，氣體來不及流出，在管道內堆積，形成大大小小的漩渦及回流；（2）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，這時蝸殼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。說明此蝸殼的結構有待改進。 (36wan)