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零壳体新式通风机效能探讨

发布时间:08-29  

将所测数据按GB/T1236-2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》中的要求进行处理,并统一换算到标准进口状况(即pa=101325Pa,t=20℃,相对湿度为50%)下的无因次性能,绘出其无因次性能曲线,如示。



前向离心风机无因次性能曲线其中,流量系数:φ=Qπ4D2U2压力系数:ψ=pρu22.3后向离心风机有无蜗壳时的对比试验将后向叶轮放在蜗壳里和箱体里分别试验,后向风机试验时测得的试验数据如所示。



将其所测数据按前向风机的数据处理方式统一换算到标准进口状况下,绘其无因次性能曲线,如示。后向离心风机无因次性能曲线3数据分析本文主要讨论无蜗壳时前后向离心
风机的性能差异,为了更直观地分析无蜗壳时前后向离心风机的性能,将标准工况下无蜗壳时的前后向风机压力下降相对值绘成无因次性能曲线,如所示。



其中压力下降相对值ψ′为:ψ′=ψA-ψA′ψA×100%式中ψA有蜗壳时风机的无因次压力值ψA′无蜗壳时风机的无因次压力值、3表明,无蜗壳时前后向离心风机均性能下降。表明,整体上前向离心风机在无蜗壳时压力下降幅度比后向风机无蜗壳时压力下降幅度要大得多,前向风机压力下降相对值在30%~46%之间,后向风机大致在16%~29%.



前后向离心风机无蜗壳时压力下降相对值曲线数值模拟与原理分析由数据分析可知,无蜗壳时,前后向离心风机的性能与有蜗壳时的性能相比均有下降,前向风机下降更为明显,本文通过CFD软件对离心通风机内部的流动情况进行了数值模拟分析。



将要模拟流场的整机划分为三个部分:入口部分、叶轮流道部分、蜗壳(或箱体)部分。具体模型如所示。



(a)前向无蜗壳(b)后向无蜗壳(c)前后有蜗壳(d)后向有蜗壳图5前后向叶轮有无蜗壳时的计算模型文中旋转的前后向叶轮与静止蜗壳(箱体)之间、旋转叶轮与静止进集流器之间的耦合采用了多重参考坐标系,把离心风机内流场简化为叶轮在某一位置的瞬时流场,将非定常问题用定常方法计算。取垂直于叶轮轴且过叶轮的一个截面为例,此截面为能够完全反映整个离心风机流道内情况的截面之一。分析前后向叶轮在有无蜗壳时的速度流场情况,具体速度流场如所示。



从过叶轮截面的速度流场可以看出,有蜗壳时,前后向离心风机叶轮的流道比较均匀,尤其是后向。因为从叶片形状来分析,后向叶片的流道较平滑,气体在其中流动时阻力损失小;前向叶片流道转弯较大,气流在前向叶片流道中的损失也较大,从(a)、(b)的速度流场中也可看出这一现象。无蜗壳时,截面偏大,在壳体内部出现大量的负速度区域,如(c)、(d)所示。而且从图中可看出,存在较大、较多的漩涡区,从而造成严重的流动损失。因为箱体截面积增加过大,气流不足以填补整个壳体通道。



试验数据所得结论不仅可以从内部流场角度看出其机理情况,还可以从理论上分析其正确性。



主轴传来的机械能,就是通过叶轮的叶片传递给气体的。不同叶片型式的叶轮发出来的压力不同,其特性也有差异。著名的欧拉动量矩方程式可写成如下形式:Pt∞=ρc2-c212g+ρu2-u212g+ρω21-ω2g式中,右边的第一项是叶轮中气体的动压增高值,而第二项和第三项,表示气体在叶轮中的静压增高值。在前向叶轮的出口全压中,其动压成份的比例相对后向叶轮要大。这部分动压力,相当一部分在蜗壳中转换为静压力,因为蜗壳既有收集气流并导向排出口的作用,又有扩压器的作用。在没有蜗壳的情况下,前向叶轮出口动压只有很少部分转换为静压,而且箱式壳体的出口面积较之蜗壳的出口面积要大很多,到风机出口部分,动压损失掉很多,这就导致了无蜗壳时,前向风机的压力较之有蜗壳时,有大幅度下降。后向风机的动压没有象前向风机那样占相当大的比重,即使后向风机的动压有少部分转化为静压,总的来说,也不会使压力大幅度降低。



试验中箱体的宽度远远大于叶轮的宽度,高度也比叶轮的外径大得多。而蜗壳设计时首先应确定螺旋线终点的开度和宽度。这两个条件暂时都没能考虑在内,用箱体做壳体比用蜗壳做壳体,其性能可以预估到会下降,试验也得出这一结论。



从理论角度说,气流从叶轮出来后,到从壳体出口出来,很少的动能得以回收。离心风机用蜗壳作壳体和用箱体作壳体,后者自由空间要大得多,这也是无蜗壳离心风机的性能比有蜗壳时性能差的一个重要原因。



结语合理的壳体设计对风机的总体性能有重要影响。无蜗壳时,后向离心风机压力下降相对值均比前向风机小。就本文所做试验,前向风机无蜗壳时下降相对值范围达到30%~46%,后向风机的则达到16%~29%,说明离心风机壳体型线对前向风机性能的影响要比对后向风机的影响更大。

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