軸流風(fēng)機(jī)性能計(jì)算的理論基礎(chǔ)
作者：石家莊風(fēng)機(jī) 日期：2014-10-17 瀏覽：3947
2.1軸流風(fēng)機(jī)理論
2.1.1軸流風(fēng)機(jī)的工作過程
軸流式通風(fēng)機(jī)有四種型式的級(jí):單獨(dú)葉輪級(jí)(R級(jí))、葉輪+后導(dǎo)流器級(jí)(R+S級(jí))、前導(dǎo)流器+葉輪級(jí)(P+R級(jí))、前導(dǎo)流器+葉輪+后導(dǎo)流器(P+R+S級(jí)),本文中的軸流風(fēng)機(jī)是葉輪+后導(dǎo)流器級(jí)(R+S級(jí))。
氣流經(jīng)過通風(fēng)機(jī)級(jí)時(shí),一般情況下,流場(chǎng)是以軸線對(duì)稱分布的,同一半徑的圓柱面上流動(dòng)相同,不同圓柱面上流動(dòng)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(jī)級(jí)時(shí)的流動(dòng)。因?yàn)闆]有前導(dǎo)流器,介質(zhì)沿軸向流向葉輪,流經(jīng)葉輪時(shí),葉輪通過做功,向介質(zhì)提供能量,介質(zhì)絕對(duì)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(dòng)能,將其轉(zhuǎn)化為壓能,進(jìn)而提高風(fēng)機(jī)的靜壓和全壓。[39]
2.1.2軸流風(fēng)機(jī)中相似原理的應(yīng)用
軸流通風(fēng)機(jī)中相似原理的應(yīng)用主要是通風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)及通風(fēng)機(jī)性能的相似換算。軸流通風(fēng)機(jī)相似條件為:幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似.在本文中主要涉及相似風(fēng)機(jī)的性能換算問題。軸流風(fēng)機(jī)性能參數(shù)基本公式。
2.1.3軸流風(fēng)機(jī)的無因次性能參數(shù)
滿足相似條件的同系列風(fēng)機(jī),其性能參數(shù)可以通過相似變換之后進(jìn)行性能比較。對(duì)于不滿足相似條件的軸流風(fēng)機(jī),進(jìn)行性能比較時(shí)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(dòng)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(shí)間內(nèi)流體微元體質(zhì)量的增加,等于同一時(shí)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(dòng)和傳熱問題的基本控制方程,但是對(duì)于不可壓流體,若熱交換很小以至可以忽略時(shí),可以不考慮能量守恒方程。但對(duì)于可壓縮流體,則需要將上述方程聯(lián)立求解。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械,因?yàn)槠鋬?nèi)部流動(dòng)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(jī)的流場(chǎng)為瑞流場(chǎng),所以附加了雷諾時(shí)均方程。
2.2.2 Reynolds 時(shí)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(dòng),其旋轉(zhuǎn)流動(dòng)結(jié)構(gòu),即所謂的端流禍。從物理機(jī)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(dòng),這些禍的大小及旋轉(zhuǎn)方向分布是隨機(jī)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(chǎng)的大小相比擬,是引起低頻脈動(dòng)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(chǎng)尺度的千分之一,是引起高頻脈動(dòng)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(jī)械能就轉(zhuǎn)化為流體的熱能,即耗散。同時(shí),由于邊界作用、擾動(dòng)及速度梯度的影響,新的禍不斷產(chǎn)生。流體內(nèi)禍的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)造成了瑞流物理量的脈動(dòng)。原來已有5個(gè)未知量,現(xiàn)又新增加了 6個(gè)Reynolds應(yīng)力,未知量的個(gè)數(shù)超過了方程個(gè)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。
