軸流風機模型

作者：石家莊風機　　　　　日期：2014-10-17　　　　　瀏覽：968　　　　　

物理模型又稱為實體模型,是指幾何模型(造型)和相關物理參數的集合體,在本文中即軸流風機實物。網格模型則是實體模型通過網格剖分器生成的有限元網格模型,本文采用Gambit軟件進行風機的幾何建模和網格劃分,該軟件是專用的CFD前處理軟件,包含全面的幾何建模能力,應用十分廣泛。

2.3.1實體模型

本文研究對象為“葉輪+后導流器級(R+S級)”軸流風機,該種級型式的軸流風機在風機葉輪后安裝導流器,當風機工作時,葉輪隨著輪轂作旋轉運動,而后導流器靜止,所以,在本文中將葉輪也稱為動葉,將后導流器也稱為后導葉,后導葉的存在可以提高葉輪出口的旋繞動能的利用率,進而提高軸流風機的壓力。

本文中所涉及的軸流風機除葉片外的外形結構與圖2.2中的風機實體相同,該風機葉輪通過輪穀與電機直接相連,結構比較緊湊.由于建模軟件Gambit本身的局限性,模擬計算所建的軸流風機模型與風機實體模型不可避免地存在一定的差別。另外,為了便于后續的網格劃分,在不影響計算模擬準確性的基礎上,本文在軸流風機建模過程中對風機的一些結構進行了

簡化[42P3】:

(1)在后導流器的建模過程中,將電機W凸狀的外表面簡化為光滑圓筒,將其圓筒外表面作為后導葉的輪穀面。

(2)風機實體模型中,電機和動葉輪穀連接處截面形狀相差較大,為了使模擬計算的準確性,在此將后導葉輪穀做階梯化處理:后導流器呈階梯狀,前段部分(電機與動葉輪轂連接處)的直徑與動葉輪轂面直徑:相等,后段部分直徑取為電機外徑。

2.3.2 Gambit 建模

在進行流體動力學計算時,計算對象必須是流體介質,所以需要對軸流風機的流道進行建模。Gambit允許通過點、線、面、體等操作建立模型,也可以通過主流的CAD/ACE軟件導入,本文是通過Gambit中的建模命令直接進行建模。由于軸流風機中流道較復雜,本文通過流域切割的方式建模:先對風機葉片等固體進行建模,再從整個風機流道模型中將風機固體部分模型切除。

在風機進口實驗中,軸流風機入口接管路,當軸流風機工作時,動葉和輪轂隨著電機軸做旋轉運動,電機機體和后導葉絕對靜止。根據各自幾何結構和運動形式的不同,本文在風機建模時將整個風機分為三部分:進口段、動葉段(葉輪部分)和后導葉段(電機和后導流器部分)。本文中的軸流風機結構呈中心對稱,動葉和后導葉都呈周向均布,為了節省計算時間,計算模型的動葉部分釆用Z(動葉數目)分之一模型,后導葉部分采用八分之一(后導葉為8片)模型。[44】[45][47][48]本文利用Gambit軟件中的Turbo模塊對風機葉片進行三維實體建模。在風機葉片中沿葉高方向選取五個截面,在此稱為翼剖面,

為了葉片建模的準確性,需要在五個翼剖面輪廟的封閉曲線上選取足夠多的點。將旋轉軸、冀剖面數目、翼剖面點坐標等按照TUR文件的標準格式寫入TUR文件,導入Gambit中,在Gambit中利用Turbo工具生成風機葉片。葉片表面由七個面組成:三個面構成壓力面,三個面構成吸力面,還有一個為葉片頂面,如下圖:

利用Gambit中的Revolve Face命令由面到體生成風筒區域(包括進口段和動葉段),通過切割體命令(Split Volume )將葉片實體部分從風筒區域中切除,并保留整個流域的Z分之一。由此,進口段和動葉段建模完成。后導葉段按照同樣先建立后導葉、后切割流域的建模順序生成。Gambit中軸流風機的八分之一模型如圖.(18)