小間隙無葉風(fēng)扇流場分析

作者：石家莊風(fēng)機(jī)　　　　　日期：2014-9-19　　　　　瀏覽：1364　　　　　

 

    當(dāng)網(wǎng)格劃分的不是很好時(shí),或者精確的計(jì)算在瑞流中并不是十分需要時(shí),再或者模型中近壁的變量梯度比在k-s模型和k-ro模型中的要小的多時(shí),S-A模型將是最好的選擇。鑒于無葉風(fēng)扇歡出的氣流具有低瑞流的特點(diǎn),本文對(duì)無葉風(fēng)扇流場計(jì)算采用S-A模型,室內(nèi)空間下側(cè)邊界設(shè)置為wall,風(fēng)機(jī)后側(cè)邊界設(shè)置為inlet vent,其他邊界設(shè)為outlet vent (壓強(qiáng)設(shè)為大氣壓),采用速度進(jìn)口邊界條件,速度方向垂直于進(jìn)口。

 

    流體計(jì)算中氣體是否考慮壓縮性的根據(jù)是馬赫數(shù)M,M<0.3時(shí)不考慮氣體的壓縮性,視氣體為不可壓縮,同時(shí)對(duì)于M<0.3的氣流也不考慮密度變化。無葉風(fēng)扇出風(fēng)口氣流平均速度v = |,Q為風(fēng)扇進(jìn)口流量,額定流量為0.0265m3/s,0S為出風(fēng)口面積,因此本例中馬赫數(shù)M = ■!^ = 1^: = 0.03 <0.3 (其中a是聲音在 340空氣中的傳播速度)。所以,本文在計(jì)算時(shí)視氣體為不可壓縮,密度不變。

    在迭代計(jì)算的過程中,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)殘差小于預(yù)先給定的殘差值時(shí)一般就認(rèn)為計(jì)算已經(jīng)收斂,而在實(shí)際計(jì)算中,存在著不同的收斂性判斷準(zhǔn)則。本文計(jì)算收斂條件為殘差達(dá)到e-6,同時(shí)檢測風(fēng)扇出風(fēng)口前1 m處最大風(fēng)速和風(fēng)扇入口全壓。

    當(dāng)所有物量已不隨計(jì)算的迭代而變化,或者在一定的范圍內(nèi)呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)時(shí),則認(rèn)為計(jì)算問題已經(jīng)收斂。以收縮角0=20°的無葉風(fēng)扇為研究對(duì)象,設(shè)定速度進(jìn)口,進(jìn)口流量固定為額定流量(0.0265 mVs)。圖2.10和圖2.11為無葉風(fēng)扇出風(fēng)口處流線圖和靜壓圖,由圖可以看出氣體從出風(fēng)口射出后緊貼收縮弧面石家莊風(fēng)機(jī)廠流動(dòng),表現(xiàn)出明顯的科恩達(dá)效應(yīng);同時(shí)由于枯性作用,高速氣流帶動(dòng)無葉風(fēng)扇出風(fēng)口附近的空氣一起向前流動(dòng),在出風(fēng)口附近形成負(fù)壓區(qū);在壓差的作用下,負(fù)壓區(qū)抽吸無葉風(fēng)扇后部的空氣形成副氣流,風(fēng)量被放大。由圖2.11還可以看出,無葉風(fēng)扇內(nèi)部空問壓力較均勻,在出風(fēng)口處存在較大的壓力梯度,是無葉風(fēng)扇主要的阻力區(qū)。

    圖2.12和圖2.13分別為Y=0截面流線圖和速度云圖,由圖可以看出,無葉風(fēng)扇出風(fēng)口吱出的氣流向前直線流動(dòng),不存在像傳統(tǒng)風(fēng)扇一樣的旋禍,表現(xiàn)出低瑞流、氣流輪廟為線性的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)主風(fēng)區(qū)和周圍氣體存在較大速度梯度,主風(fēng)區(qū)對(duì)無葉風(fēng)扇前方空氣帶動(dòng)作用明顯,風(fēng)量被進(jìn)一步放大。另外由圖還可以看出,雖然無葉風(fēng)扇內(nèi)壁面為收縮環(huán)面,但氣流并不會(huì)匯聚成一點(diǎn),而是達(dá)到一定程度后出現(xiàn)輕微發(fā)散,這主要是因?yàn)闅饬鲄R聚使風(fēng)扇軸線附近氣壓增加,阻止氣流繼續(xù)匯聚,因此能夠保證主風(fēng)區(qū)面積不至于過小。

    圖2.14為無葉風(fēng)扇環(huán)形腔中間截面速度矢量圖,由圖可以看出來自進(jìn)口的氣流沖擊無葉風(fēng)扇環(huán)形腔底部后分成兩路,向腔體頂部流動(dòng)并匯合,過程中腔體不斷通過出風(fēng)口向外界射流;圖2.15為無葉風(fēng)扇環(huán)形腔中間截面靜壓圖,由看出由于底部氣流的沖擊以及頂部氣流的匯合,造成無葉風(fēng)扇環(huán)形腔底部和頂部靜壓較高,并且在底部兩側(cè)出現(xiàn)了兩個(gè)低壓區(qū),靜壓由低壓區(qū)向環(huán)形腔頂部逐漸增大。由于靜壓分布不均,造成出風(fēng)口射流速度不均勻,圖2.16和圖2.17為X=1 m和X=4rn處截面的速度云圖,由圖2.16可以看出主風(fēng)區(qū)上部風(fēng)芯片解密速較大,但隨著氣流向前運(yùn)動(dòng),主風(fēng)區(qū)和周圍空氣接觸發(fā)生動(dòng)量傳遞,截面速度分布變得均勻,如圖2,17。由圖2.16和圖2.17可以知道X=1 m處速度最大值為4.26 m/s,遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)指標(biāo);X=4 m處速度最大值為0.86 m/s,遠(yuǎn)大于0.5 m/s的風(fēng)速感受點(diǎn),即在無葉風(fēng)扇前4 m處依然有較好的吹風(fēng)效果,證明了帶有收縮內(nèi)表面無葉風(fēng)扇設(shè)計(jì)方案的可行性。