軸流風(fēng)機性能計算的理論基礎(chǔ)

作者：石家莊風(fēng)機　　　　　日期：2014-10-17　　　　　瀏覽：3914　　　　　

2.1軸流風(fēng)機理論

2.1.1軸流風(fēng)機的工作過程

軸流式通風(fēng)機有四種型式的級:單獨葉輪級(R級)、葉輪+后導(dǎo)流器級(R+S級)、前導(dǎo)流器+葉輪級(P+R級)、前導(dǎo)流器+葉輪+后導(dǎo)流器(P+R+S級),本文中的軸流風(fēng)機是葉輪+后導(dǎo)流器級(R+S級)。

氣流經(jīng)過通風(fēng)機級時,一般情況下,流場是以軸線對稱分布的,同一半徑的圓柱面上流動相同,不同圓柱面上流動不同。在此,截取半後為r的圓柱面上的環(huán)狀葉柵,展開到平面上,研究氣流經(jīng)過軸流風(fēng)機級時的流動。因為沒有前導(dǎo)流器,介質(zhì)沿軸向流向葉輪,流經(jīng)葉輪時,葉輪通過做功,向介質(zhì)提供能量,介質(zhì)絕對速度發(fā)生偏轉(zhuǎn),具有軸向速度和切向速度分量。流經(jīng)后導(dǎo)流器后,后導(dǎo)流器利用部分旋繞動能,將其轉(zhuǎn)化為壓能,進(jìn)而提高風(fēng)機的靜壓和全壓。[39]

2.1.2軸流風(fēng)機中相似原理的應(yīng)用

軸流通風(fēng)機中相似原理的應(yīng)用主要是通風(fēng)機的相似設(shè)計及通風(fēng)機性能的相似換算。軸流通風(fēng)機相似條件為:幾何相似、運動相似和動力相似.在本文中主要涉及相似風(fēng)機的性能換算問題。軸流風(fēng)機性能參數(shù)基本公式。

2.1.3軸流風(fēng)機的無因次性能參數(shù)

滿足相似條件的同系列風(fēng)機,其性能參數(shù)可以通過相似變換之后進(jìn)行性能比較。對于不滿足相似條件的軸流風(fēng)機,進(jìn)行性能比較時一般采用無因次性能參數(shù).

2.2流體力學(xué)理論

2.2.1流體動力學(xué)控制方程

(1)質(zhì)量守恒方程

該定律內(nèi)容為:單位時間內(nèi)流體微元體質(zhì)量的增加,等于同一時間間隔內(nèi)流入該微元體的凈質(zhì)量。

需要說明的是,雖然能量守恒方程是流體傳動和傳熱問題的基本控制方程,但是對于不可壓流體,若熱交換很小以至可以忽略時,可以不考慮能量守恒方程。但對于可壓縮流體,則需要將上述方程聯(lián)立求解。對于旋轉(zhuǎn)機械,因為其內(nèi)部流動大多處于瑞流范圍,因此一般情況下,需要增加端流方程。本文中軸流風(fēng)機的流場為瑞流場,所以附加了雷諾時均方程。

2.2.2 Reynolds 時均方程

瑞流是一種高度復(fù)雜的三維非穩(wěn)態(tài)、帶旋轉(zhuǎn)的不規(guī)則流動,其旋轉(zhuǎn)流動結(jié)構(gòu),即所謂的端流禍。從物理機理上說,可將瑞流看作是由各種不同尺度的禍旋疊加而成的流動,這些禍的大小及旋轉(zhuǎn)方向分布是隨機的。大尺度的禍主要由邊界條件決定,主要受慣性影響,其尺寸與流場的大小相比擬,是引起低頻脈動的原因;小尺度的禍主要由枯性力決定,其尺寸可能只有流場尺度的千分之一,是引起高頻脈動的原因。大尺度的禍破裂后形成小尺度的禍,較小尺度的禍破裂后形成更小尺度的禍。大尺度的禍從主流獲得能量,通過禍間的轉(zhuǎn)化將能量傳遞給較

小尺度的禍。最后由于流體枯性的作用,小尺度的禍不斷消失,機械能就轉(zhuǎn)化為流體的熱能,即耗散。同時,由于邊界作用、擾動及速度梯度的影響,新的禍不斷產(chǎn)生。流體內(nèi)禍的隨機運動造成了瑞流物理量的脈動。原來已有5個未知量,現(xiàn)又新增加了 6個Reynolds應(yīng)力,未知量的個數(shù)超過了方程個數(shù),因此,方程組不封閉,需要引入新的端流方程以使方程組封閉。