【摘 要】
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以医用无创呼吸辅助设备的微型离心风机为研究对象,开展离心风机复合叶片的数值模拟和气动优化设计。对于离心风机的研究基准建立在气体作稳定流动和不考虑其压缩性的基础上,通过Fluent流体仿真软件对流场进行求解,为了模拟叶轮旋转,使用了多重参考系模型(MRF模型)和SST k-c}湍流模型。由于原型风机尺寸很小,同是需要满足低噪的设计需求,因此在风机尺寸不变的基础上进行气动优化,通过分析数值仿真结果发现
【机 构】
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北京航空航天大学大学航空气动声学工信部重点实验室,北京100191;北京航空航天大学大学流体力学教育部重点实验室(北航陆士嘉实验室),北京100191
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以医用无创呼吸辅助设备的微型离心风机为研究对象,开展离心风机复合叶片的数值模拟和气动优化设计。对于离心风机的研究基准建立在气体作稳定流动和不考虑其压缩性的基础上,通过Fluent流体仿真软件对流场进行求解,为了模拟叶轮旋转,使用了多重参考系模型(MRF模型)和SST k-c}湍流模型。由于原型风机尺寸很小,同是需要满足低噪的设计需求,因此在风机尺寸不变的基础上进行气动优化,通过分析数值仿真结果发现,数值结果与原型风机的实验结果吻合较好。研究发现在风机大流量工况下,离心风机蜗舌和流道出口处出现大尺度的紊流结构。通过风机蜗舌和流道出口进行整流设计,并与原型风机对比,出口压力及流量下可增加4%}8%,在导流片面积没有明显改变内部流道面积的条件下,导流片和叶栅能有效通过流动分离控制实现增压的效果。此外,通过对原有长中叶片的离心风机增设短叶片,相较原型风机出口压力可增加5%---10%,且叶轮内部流场分布更加均匀。改型前后风机效率变化不大。对于微型离心风机,在气动优化时需要重点考虑流道面积和内部流动的影响。
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