變管道出口寬度風機速度場分析

4.3.2 變管道出口寬度風機速度場分析
    圖 4-16 所示為三級離心風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，風機管道出口為 r=8mm 時，由于蝸殼形狀影響，第三級葉輪內部存在大面積低速區域，r=15mm 時，此區域面積大減小并在 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 r=125mm時，風機第一級葉輪內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部氣體速度的比較發現，出口越大，葉輪進出口及葉輪內部氣體速度越大，氣體在葉輪出口處形成射流的機會越大，此時風機所受到的振動沖擊和噪聲也越大。同時從圖中還可發現，當 r=125mm 時，各級葉輪內部壓力面側的氣體速度都明顯高于吸力面側的氣體速度，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，在葉輪內部速度變化的梯度較小。
    不同出口工況下風機子午面速度云圖如圖 4-17 所示。由圖可知，管道出口越大，內部流動速度差距越小，流動越順暢。當 r=8mm 時，氣體在葉輪進口處速度較低，進入葉輪后不斷被加速，此時葉輪所做的功利用率較高；當 r=15mm 時，大部分氣體在葉輪進口處速度較高，但也存在明顯的低速區域，這些低速區嚴重阻礙了后續氣體的流動性；而當 r=125mm 時，氣體進入葉輪前速度很大，且存在面積較大的高速區，進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，氣體在葉輪進氣口轉彎處發生了流動分離，而 r=125mm 時則不存在這種現象。當 r=8mm 時，氣體在第一級葉輪進口處流動較為順暢，且氣體進入葉輪前速度較低，進入葉輪的過程中中間區域的氣體速度首先被提高。在第一級導風盤出口與第二級葉輪進口的區域 3 處，氣體發生了擠壓和撞擊，導致速度方向發生瞬變，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，氣體出現回流，出流受阻，效率大大降低。當 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，后續氣體受阻，在區域 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 r=125mm 時，氣體高速流入葉輪，區域 3 幾乎沒有發生氣體碰撞，第三級也沒有出現渦旋和回流現象，風機內部流動極其順暢。但由于氣體以較大的軸向速度進入葉道，葉道內的流動損失增加。
    圖 4-19 所示為不同工況下風機兩級導風盤截面速度矢量圖。由圖可知，不同工況下，導風盤Ⅰ、Ⅱ內部都發生了流動分離，但同一工況下，氣體在導風盤Ⅱ內的流動性要優于導風盤Ⅰ，此特性隨管道出口的增大表現愈來愈顯著。不同工況下，導風盤內的氣體流動差別較大，出口較小時導風盤相鄰導葉間存在大面積漩渦和回流現象，該現象主要發生在導葉外凸側，此時氣體主要沿導葉內凹側流動，流動區域較小。出口寬度增加至 15mm 后，漩渦和分離區變小，氣體通流面積增大，流動順暢性大為改善，當出口繼續增大至一定程度，漩渦和分離區進一步減小，但始終存在，且該區域將從導葉外凸側轉移到導葉內凹側，通流區也將從導葉內凹側向導葉外凸側轉移。
圖 4-20 所示為不同工況下風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，蝸殼小端內部都存在一部分低速區，且出口增大，此區域會逐漸變小。當管道出口處于較小狀態時，蝸殼小端區域存在明顯回流現象，蝸殼內氣體主要沿蝸殼外壁流向出口，在出風管道中，氣體呈螺旋上升運動狀態。在出口增大的過程中，蝸殼小端回流逐漸減弱，氣體主要流動區域從靠近蝸殼外壁側向整個蝸殼通道變化。 50中