基于不同湍流模型的贯流风机数值模拟及其换热器参数分析

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贯流风机是家用空调中常用的核心送风部件,其特殊的结构对于空调的性能有直接的影响。随着社会经济的发展和人类生活水平的提高,消费者对于空调的风量、噪声等各方面性能需求越来越高。本文基于某企业提供的贯流风机进行数值模拟,研究了不同湍流模型在模拟贯流风机时的适用性,并对换热器的不同形状、布置方式和位置进行模拟,分析其对风机性能的影响,为家用空调的设计优化提供参考。
  本文采用计算流体软件Fluent进行二维流场模拟,通过FW-H方程实现噪声场的求解,并进行了网格无关性验证和实验验证,在确保数值模型准确性的前提下,主要进行了以下工作:
  (1)对三种湍流模型(RNGk-ε模型、LES模型、SAS模型)在模拟贯流风机时的表现进行了对比分析,结果表明RNGk-ε模型具有明显的时均特性,数据波动小,但计算速度慢;LES模型瞬时特性最明显,数据波动最大;SAS模型同样具有强烈的瞬时特性,计算速度最快,并且在计算气动噪声时与LES模型十分接近。
  (2)采用RNGk-ε模型研究了换热器的结构对于风机性能的影响,结果表明换热器形状的改变没有按照预期提升风机的流量和效率,而换热管的布置方式对于叶轮进口处的流动状态有所影响,当换热管竖直或者垂直换热器壁面布置时风机的效率相比初始样机模型均有所提升;换热器整体位置的移动对于风机内的气体流动状态影响较大,并且换热器整体上移后风机的流量与效率均有所提升。
  (3)采用SAS模型研究了换热器的结构对于风机的流场和噪声的影响,结果表明换热器形状的改变对于风机内部流场的影响较小,但弧形换热器和四折式换热器相比初始模型的噪声小;换热管布置方式对于风机流场的影响主要在于换热器内部区域,换热管垂直壁面布置时气流走向有利于减少流动阻力,但该布置方式的噪声也相对较大;换热器整体位置的上移并未使风机内部流场发生明显变化,不同位置间的噪声差异也不明显,部分位置处噪声较小,优化时需综合考虑。
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