變轉速風機速度場分析

4.2.2 變轉速風機速度場分析
     葉輪轉速的變化直接影響著葉輪出口處氣體的圓周速度，從而影響葉輪內部的速度分布，從圖 4-11 可看出，風機轉速的變化對第一級葉輪內部速度的分布特性影響較小， 但對第二級、第三級影響較大。轉速為 6000r/min 時，在第二級葉輪進口處出現異于其他兩種轉速下的高速流動。而在第三級出現的低速區域隨轉速的變化而變化，且低速區域的大小也隨著風機轉速的增大而增大。
     通過觀察三種轉速下葉輪徑向截面的速度矢量圖 4-12 發現，氣體在第一級葉輪進口處、內部及出口處的流動規律類似。但在第二級、第三級，不同轉速有不同的流動特點，在轉速較小為 3000r/min 和 4600r/min 時，第二級葉輪進口處的氣體流速較小，但流動方向一致，流動順暢。但當轉速為 6000r/min 時，第二級葉輪部分葉道發生了氣體 倒流，且倒流速度較大。如圖 4-12(a)、(b)所示。在第三級葉輪處，轉速為 3000r/min 時該級出口處的低速區面積較小，在葉道中，氣體也沒出現倒流現象，所有葉道內壓力面側氣體的徑向分速度方向指向葉輪出口，流道內氣體流動分布呈凸狀形。而 4600r/min和 6000r/min 時在第三級葉輪內部都發生了氣體倒流，且發生倒流的位置各不相同，倒流區域面積也各異，6000r/min 時比 4600r/min 時大，但葉道內氣體運動軌跡相似。如圖4-12 所示。
4.2.3 變轉速風機各級葉輪內壓力與速度數值分布
     圖 4-13 所示為 3000r/min 和 6000r/min 轉速下風機各級葉輪內總壓力和速度的分布圖，4600r/min 時如圖 4-8、圖 4-9 所示。通過對各圖的分析，發現風機在同一轉速下，各級葉道內的壓增基本相等，3000r/min 時壓增為 17KPa 左右，4600r/min 時為 40KPa左右，6000r/min 時為 70KPa 左右。介于兩葉輪之間的流道壓損分別為 6KPa、20KPa、25KPa 左右。各級葉輪內部氣體速度在同一轉速下無顯著差距，在三種轉速下，氣體從葉輪進口到出口速度的增量分別為 130m/s、200m/s、260m/s。而風機各級葉輪總壓力與速度的聯合分布如圖(e)、(f)所示。
4.2.4 變轉速風機整體性能分析
     根據數值計算的結果，繪制了如下圖 4-14 所示的三級離心風機轉速與風機全壓、流量和效率的變化曲線，從圖中看出風機的全壓隨轉速變化顯著，轉速從 4600r/min 增至 6000r/min 階段的壓增明顯高于從 3000r/min 增加至 4600r/min 時的壓增，但流量和效率在兩階段的增幅大致相等，轉速-流量變化曲線和轉速-效率變化曲線大致呈線性。說明風機轉速提高到一定值后，風機全壓可大幅提高，而流量和效率呈線性增長。
4.2.5 變轉速分析結果總結
     通過對不同轉速下風機內部流場及性能的分析，得到以下結論：
     1、三級離心風機內部靜壓力隨風機轉速的增大而增大，轉速的變化對風機前兩級葉輪內部的壓力分布規律影響不大，但對第三級有影響，轉速越大，壓力分布越不均勻，壓力分布規律也發生變化。
     2、轉速的變化對風機第二級、第三級葉輪內部流動影響顯著，轉速增大到一定值后，第二級葉輪內部氣體開始出現倒流，且轉速越大，在第三級葉輪內部出現的低速區域面積越大，但出現的位置隨轉速的變化而變化。轉速低時，第三級葉輪內氣體不出現倒流，隨著轉速的增大，氣體出現倒流，且轉速越大，倒流的氣體愈多。
     3、風機的壓力隨風機轉速的增大增加較明顯，而風機的流量和效率則隨轉速的增加近乎線性增長。

4.3 變管道出口寬度風機內部流動分析
風機管道出口圓環寬度對風機全壓、風機流量、風機效率及風機的內部流動特性都有很大影響，為了找出其規律性，本課題分別對三級離心風機在三種不同管道出口寬度工況下的內部流場進行了計算。計算過程中，風機轉速保持 4600r/min 不變，選取的三種不同的管道出口圓環寬度 r 分別為 8mm、15mm 和 125mm（即管道半徑）。
4.3.1 變管道出口寬度風機壓力場分析
圖 4-15 給出了三級離心風機在三種不同出口寬度下各級葉輪截面的總壓云圖。由圖可知，風機內部壓力隨管道出口的寬度變化明顯，且出口越寬，風機內部壓力越小。同一工況下，風機各級葉輪內部區域總壓逐級遞增，第一、二級總壓分布具有較好的中心對稱性，第三級葉輪由于蝸殼存在呈不對稱狀態。總壓在各級葉輪葉片壓力面和吸力面間的分布規律與單級離心風機類似。不同出口寬度下，風機葉輪級與級之間的總壓變化梯度差別明顯，r=8mm 時，變化梯度最大。出口增大，梯度隨之降低。葉片壓力面和吸力面壓力差隨出口的增大而逐漸增大。第三級葉輪處，總壓分布的不對稱性在 r=8mm時較顯著，如圖 4-15（c）所示，但出口圓環寬度增大時，對稱性趨好，說明蝸殼形狀對內部流動的影響隨管道出口的增大而逐漸減小。