變葉片數組合風機內部流場及性能研究

變葉片數組合風機內部流場及性能研究
對單級離心通風機而言，葉片數對通風機的性能有較大的影響。增加葉輪的葉片數可以減少相對渦流的影響，提高葉輪的理論壓力。但是葉片數過多時會導致氣流進入葉輪后過度收縮，并使葉輪通道的摩擦損失增加，降低風機的實際壓力，而且能量損失增加。葉片數減少時，漩渦損失增大，摩擦損失減小。但是對于多級離心風機，由于各級葉輪之間具有相互作用，各級葉輪葉片數的多少涉及各級的匹配問題，然而，目前針對多級離心風機各級葉輪采用不同葉片數目對其內部流動及性能的影響的相關研究還是空白，因此本文在原三級離心風機的基礎上，通過改變各級葉輪葉片數來研究葉片數對該風機內部流動及性能的影響，為多級離心風機的結構優化提供了新的思路。
原三級離心風機各級葉輪的葉片數都為 24 片，即其葉片數組合為（24,24,24），為了研究葉片數目的影響，本章另選取了 18 片和 12 片兩種葉片數，并對這三種葉片數在三級位置上進行了組合，在所有組合中選取了其中的 10 組，分別為（24,24,18）、（24,18,24）、（18,24,24）、（24,18,18）、（18,18,24）、（18,24,18）、（24,18,12）、(12,18,24)、（18,18,18）、（12,12,12），并在 4600r/min 的轉速下對其內部流場進行了計算，根據計算結果比較分析了他們內部流動的異同點及風機的整體性能，進而在這些葉片數組合中找出最佳組合。
5.1 變葉片數組合風機內部流場研究
5.1.1 三級葉輪采用相同葉片數時不同風機內部流動分析
觀察三級葉輪都分別采用 24 片、18 片和 12 片葉片時風機內部流場的計算結果，發現在同級葉輪，選擇不同的葉片數其內部流動既有相似點，又有不同點。
圖 5-1、圖 5-2 所示分別為葉片數組合為（24,24,24）、（18,18,18）和（12,12,12）時第一級葉輪處葉輪截面的靜壓分布和速度分布云圖。由圖發現，在該級葉輪，隨著葉片數的減少，葉輪流道逐漸變寬，葉輪進口處壓力面側與吸力面側的靜壓力差逐漸增大，氣流從葉輪出口流出后靜壓力也逐漸變得不對稱，葉片出口處的“射流-尾跡”流現象在葉片數為 24 片和 18 片時較為明顯，但在葉片數為 12 時，該現象微弱，而此時葉輪內的速度最大值出現在葉道中部接近葉輪出口區域，且氣體的流動速度比其他兩種葉片下的速度大。第二級內部流動規律與第一級類似。第三級葉輪截面的靜壓力及速度分布云圖如圖 5-3、圖 5-4 所示。葉片數不同，該級內部流動差別較大，葉片數為 12 時，進 口處吸力面側的最小靜壓力低于其他兩種葉片數情況。第三級葉輪內部低速區域在三種葉片數情況下出現的位置不同，但氣體在該級都發生了倒流。
圖 5-5、圖 5-6 分別給出了葉片數組合為（12,12,12）和（18,18,18）時蝸殼截面的速度矢量圖及局部放大圖，而（24,24,24）組合時蝸殼截面速度矢量圖如圖 4-7 所示，比較分析三種組合下蝸殼內的流動特點可得出以下結論：
1、不管各級葉片數是多少，蝸殼內的流動都是及其復雜的，出現有高速區、低速區、回流、漩渦等流動現象。（12,12,12）組合下，在氣流流出蝸殼后，流動混亂，順暢性差，而（18,18,18）和（24,24,24）時，氣體成螺旋狀流過該管道，順暢性較好。
2、當葉片數為 12 時，蝸殼內 b 處氣體速度大小差距較大，接近蝸殼外壁，氣流速度較大，且截面內所有氣體都流向蝸殼出口，沒有出現氣體回流。但在 18 片和 24 片時，該處的氣流出現混亂，在 18 片時，出現少量的漩渦，且速度較低，24 片時出現大面積的回流現象，如圖 4-7 所示。
3、（12,12,12）組合時蝸殼內 c 處流動比較順暢，無倒流現象，而在（18,18,18）組合時出現大面積的氣體倒流，在（24,24,24）組合時，該處蝸殼外壁側氣體流速較大，但內側則有大量漩渦，阻礙了氣體出流。
4、當葉片都為 18 時，氣體在蝸殼出口處的流動性較好，在 12 片和 24 片情況下出現大量漩渦和倒流，出流受阻。在蝸殼小端處，葉片數越少，該處的氣體流速越小。