變管道出口寬度風(fēng)機速度場分析

4.3.2 變管道出口寬度風(fēng)機速度場分析
    圖 4-16 所示為三級離心風(fēng)機在不同管道出口寬度下各級葉輪截面的速度云圖。由圖可知，風(fēng)機管道出口為 r=8mm 時，由于蝸殼形狀影響，第三級葉輪內(nèi)部存在大面積低速區(qū)域，r=15mm 時，此區(qū)域面積大減小并在 r=125mm 時完全消失，這也說明管道出口寬度增大過程中蝸殼的影響愈來愈小。另外出口 r=8mm 和 r=15mm 時，由于各葉輪的轉(zhuǎn)速相同，氣體速度在第一級與第二級之間無明顯變化，但對比圖(c)可知，當(dāng) r=125mm時，風(fēng)機第一級葉輪內(nèi)部流動速度要明顯大于其他兩級。通過對不同工況下同級葉輪內(nèi)部氣體速度的比較發(fā)現(xiàn)，出口越大，葉輪進(jìn)出口及葉輪內(nèi)部氣體速度越大，氣體在葉輪出口處形成射流的機會越大，此時風(fēng)機所受到的振動沖擊和噪聲也越大。同時從圖中還可發(fā)現(xiàn)，當(dāng) r=125mm 時，各級葉輪內(nèi)部壓力面?zhèn)鹊臍怏w速度都明顯高于吸力面?zhèn)鹊臍怏w速度，而且此部分氣體自葉輪入口處到葉輪出口處都一直保持在高速狀態(tài)，在葉輪內(nèi)部速度變化的梯度較小。
    不同出口工況下風(fēng)機子午面速度云圖如圖 4-17 所示。由圖可知，管道出口越大，內(nèi)部流動速度差距越小，流動越順暢。當(dāng) r=8mm 時，氣體在葉輪進(jìn)口處速度較低，進(jìn)入葉輪后不斷被加速，此時葉輪所做的功利用率較高；當(dāng) r=15mm 時，大部分氣體在葉輪進(jìn)口處速度較高，但也存在明顯的低速區(qū)域，這些低速區(qū)嚴(yán)重阻礙了后續(xù)氣體的流動性；而當(dāng) r=125mm 時，氣體進(jìn)入葉輪前速度很大，且存在面積較大的高速區(qū)，進(jìn)入葉輪后速度變化不大，此時葉輪所做功的利用率較低。在蝸殼截面上，出口增大，蝸殼內(nèi)的漩渦及回流減弱，流動越來越順暢。
     圖 4-18 所示為不同出口寬度下風(fēng)機子午面的速度矢量圖及局部放大圖。從圖可見，不同工況下子午面氣體流動存在較大差別，在 r=8mm 和 r=15mm 時，氣體在葉輪進(jìn)氣口轉(zhuǎn)彎處發(fā)生了流動分離，而 r=125mm 時則不存在這種現(xiàn)象。當(dāng) r=8mm 時，氣體在第一級葉輪進(jìn)口處流動較為順暢，且氣體進(jìn)入葉輪前速度較低，進(jìn)入葉輪的過程中中間區(qū)域的氣體速度首先被提高。在第一級導(dǎo)風(fēng)盤出口與第二級葉輪進(jìn)口的區(qū)域 3 處，氣體發(fā)生了擠壓和撞擊，導(dǎo)致速度方向發(fā)生瞬變，致使一部分動能損失，而在第三級葉輪入口處，存在較大渦旋，入流受阻，在該級葉輪出口，氣體出現(xiàn)回流，出流受阻，效率大大降低。當(dāng) r=15mm 時，第一級葉輪入口通流順暢，第二級葉輪入口存在低速區(qū)，后續(xù)氣體受阻，在區(qū)域 3，氣體之間仍有撞擊，但較 r=8mm 時程度有所下降，而在第三級葉輪入口和出口處，漩渦和回流消失，通流情況較 8mm 時有很大改善。當(dāng) r=125mm 時，氣體高速流入葉輪，區(qū)域 3 幾乎沒有發(fā)生氣體碰撞，第三級也沒有出現(xiàn)渦旋和回流現(xiàn)象，風(fēng)機內(nèi)部流動極其順暢。但由于氣體以較大的軸向速度進(jìn)入葉道，葉道內(nèi)的流動損失增加。
    圖 4-19 所示為不同工況下風(fēng)機兩級導(dǎo)風(fēng)盤截面速度矢量圖。由圖可知，不同工況下，導(dǎo)風(fēng)盤Ⅰ、Ⅱ內(nèi)部都發(fā)生了流動分離，但同一工況下，氣體在導(dǎo)風(fēng)盤Ⅱ內(nèi)的流動性要優(yōu)于導(dǎo)風(fēng)盤Ⅰ，此特性隨管道出口的增大表現(xiàn)愈來愈顯著。不同工況下，導(dǎo)風(fēng)盤內(nèi)的氣體流動差別較大，出口較小時導(dǎo)風(fēng)盤相鄰導(dǎo)葉間存在大面積漩渦和回流現(xiàn)象，該現(xiàn)象主要發(fā)生在導(dǎo)葉外凸側(cè)，此時氣體主要沿導(dǎo)葉內(nèi)凹側(cè)流動，流動區(qū)域較小。出口寬度增加至 15mm 后，漩渦和分離區(qū)變小，氣體通流面積增大，流動順暢性大為改善，當(dāng)出口繼續(xù)增大至一定程度，漩渦和分離區(qū)進(jìn)一步減小，但始終存在，且該區(qū)域?qū)膶?dǎo)葉外凸側(cè)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)葉內(nèi)凹側(cè)，通流區(qū)也將從導(dǎo)葉內(nèi)凹側(cè)向?qū)~外凸側(cè)轉(zhuǎn)移。
圖 4-20 所示為不同工況下風(fēng)機蝸殼截面速度矢量圖。由圖可看出，由于蝸殼形狀的影響，三種工況下，蝸殼小端內(nèi)部都存在一部分低速區(qū)，且出口增大，此區(qū)域會逐漸變小。當(dāng)管道出口處于較小狀態(tài)時，蝸殼小端區(qū)域存在明顯回流現(xiàn)象，蝸殼內(nèi)氣體主要沿蝸殼外壁流向出口，在出風(fēng)管道中，氣體呈螺旋上升運動狀態(tài)。在出口增大的過程中，蝸殼小端回流逐漸減弱，氣體主要流動區(qū)域從靠近蝸殼外壁側(cè)向整個蝸殼通道變化。 50中