间隙流动对对旋式通风机内流与性能影响的数值研究

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对旋式通风机中的轴向间隙是指通风机前级叶轮与后级叶轮叶片平均半径处前级叶片尾缘到后级叶片前缘问的轴向距离,叶顶间隙指的是叶轮叶片顶部与机壳之间的径向间隙,它们均是对对旋式通风机性能具有重要影响的几何参数。而轴向间隙与叶顶间隙内的流场分布是影响对旋式通风机效率和压升等性能参数的决定因素,开展对旋式通风机轴向间隙和叶顶间隙区域的研究对高性能对旋式通风机的设计具有重要意义。为此,本文以叶轮转速为980r/min的FBCDZ系列(原BDK)20号对旋式主通风机为研究对象,针对4种不同轴向间隙和3种不同叶顶间隙下的对旋式通风机进行了三维湍流流场的数值模拟研究。主要研究工作包括:  根据对旋式通风机叶片的翼型截面数据,利用三维建模软件建立了叶片的实体模型;为了获得间隙内的流动细节同时减小总网格数和计算工作量,针对不同的叶顶间隙和轴向间隙,分别建立了对旋式通风机的单流道几何模型;采用多面体网格技术,对单流道模型进行了网格划分。  针对4种不同轴向间隙下的对旋式通风机单流道模型,进行了定常流动的数值模拟。数值模拟结果的分析表明:在一定的轴向间隙范围内,轴向间隙的增大,可以减小气体对叶根处叶柄的流动冲击,削弱两级动叶轮间的干涉作用,提高后级叶轮入口气流流动的均匀性和稳定性,降低对旋式通风机的噪声。但增大轴向间隙的不利影响是,加大了对旋式通风机的轴向尺寸,轴向间隙内的全压损失增加,导致对旋式通风机的压升和效率降低。  根据3种不同叶顶间隙下定常流动的数值模拟结果,得到了压升和效率随叶顶间隙变化的曲线,对比分析了叶顶间隙的变化对通风机性能及内部流动的影响,得到的主要结论有:在同一工况下,随着叶顶间隙的增大,通风机的压升及效率与叶顶间隙的变化不呈线性关系;叶顶间隙内的泄漏涡在靠近叶片前缘处开始发展,沿流向泄漏涡的尺寸先增大后减小,并且涡核离开吸力面的位置基本呈线性变化。  在定常流动模拟的基础上,分别针对以上7种不同间隙进行了非定常数值计算,得到叶轮及间隙内监测点处的压力脉动分布,并分析了轴向间隙和叶顶间隙的大小对通风机振动特性的影响。结果表明:轴向间隙尺寸的增大,整体上降低了通风机内部气流的压力脉动强度,因而将减弱通风机的振动强度;叶顶间隙尺寸的增大,增强了通风机内部流场的压力脉动强度,因而将增大通风机内部的气动噪声与气固耦合振动。  论文数值研究结果可为对旋式通风机选择合理的轴向间隙和叶顶间隙数值、提高通风机的性能提供参考。
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