.1.2 設(shè)計(jì)工況下風(fēng)機(jī)速度場(chǎng)分析
圖 4-4 給出了風(fēng)機(jī)子午面上的速度分布。從圖中可看出，各級(jí)葉輪內(nèi)部氣體流動(dòng)速度大致相同，在流入葉輪前，氣體速度處于較低水平，進(jìn)入葉輪后氣體不斷被加速，在葉輪區(qū)域，速度的變化梯度最大，并在葉輪出口處達(dá)到最大值。在葉輪輪蓋與機(jī)殼之間區(qū)域的氣體速度比對(duì)應(yīng)的葉輪內(nèi)的氣體速度低，且在該區(qū)域底部為氣體的低速區(qū)域。當(dāng)氣體經(jīng)過導(dǎo)風(fēng)盤速度下降較快，流到蝸殼處時(shí)，速度隨氣體在蝸殼內(nèi)部位置的不同而變化，如圖 b 所示，在 X=0 平面的蝸殼小端截面上，靠近葉輪出口側(cè)的氣體速度低，甚至發(fā)生回流，而在另一側(cè)氣體速度相對(duì)較高，流動(dòng)順暢；在蝸殼大端截面上，由于通往蝸殼的流道與葉輪區(qū)域氣體的流動(dòng)方向相差 90°，導(dǎo)致氣體在該處速度急劇下降，形成了漩渦，從而使動(dòng)能損失增大，降低了風(fēng)機(jī)的效率，同時(shí)也增大了噪聲。
圖 4-5 給出了各級(jí)葉輪截面的速度分布。此截面中間區(qū)域即為葉輪所在區(qū)域。由圖可見，無論哪一級(jí)葉輪內(nèi)部，流體速度都是從葉輪進(jìn)口處逐步增大，在葉輪出口處達(dá)到最大值，且速度變化梯度較均勻。在兩葉片間的流道中，速度分布呈 W 型，即靠近兩葉片的部分區(qū)域和中間區(qū)域的速度相對(duì)較低，其他區(qū)域相對(duì)較高，而且靠近葉片壓力面的流體速度總比靠近另一葉片吸力面的速度高，但在葉輪出口處，速度的最大值出現(xiàn)在靠近吸入面的一側(cè)。由于此蝸殼的最小端和最大端不相通，即不存在蝸舍，受此影響在第 3 級(jí)葉輪的出口流道處，有部分區(qū)域內(nèi)的氣體速度相對(duì)較低，嚴(yán)重影響氣體流動(dòng)的順暢性，同時(shí)在對(duì)應(yīng)的葉輪內(nèi)部，壓力面?zhèn)鹊牟糠謿怏w速度比其他區(qū)域高出許多，如圖(e)、(f)所示。
在風(fēng)機(jī)的入口管道內(nèi)，由于壓差的存在，氣體徑直流向葉輪進(jìn)口，在葉輪進(jìn)口處，大部分氣體從葉輪通道的中間區(qū)域徑向進(jìn)入葉輪流道，導(dǎo)致中間通道的氣體切向流速低，兩側(cè)的流速高，但此處氣體的徑向速度最大，進(jìn)入葉輪后，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，氣體的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生巨大變化，運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生切向分速度，且靠近壓力面?zhèn)鹊臍怏w切向速度小，徑向速度大，而靠近吸力面?zhèn)鹊臍怏w則是切向速度大，徑向速度小。這種現(xiàn)象發(fā)生在整個(gè)葉輪區(qū)域。如圖 4-6(a)所示。第二級(jí)葉輪內(nèi)部流動(dòng)情況類似。第三級(jí)葉輪進(jìn)口處的流動(dòng)情況與前兩級(jí)差別較大，如圖 4-6(b)所示，進(jìn)入葉輪前，氣體的流動(dòng)速度存在顯著差異，同時(shí)由于第三級(jí)存在大面積的低速區(qū)域，其對(duì)應(yīng)的葉道內(nèi)的氣體出現(xiàn)倒流，從葉輪進(jìn)口流出，再流入其他流道，在這些出現(xiàn)倒流的葉道中，壓力面的速度較大，且徑向分速度方向指向葉輪進(jìn)口，整個(gè)流道氣體的流動(dòng)軌跡成凹形，而在其他葉道中，氣體流動(dòng)軌跡成凸形。
蝸殼截面的速度矢量圖如圖 4-7 所示，從圖中可看出，氣體在該蝸殼內(nèi)流動(dòng)很不順暢，產(chǎn)生了多處的漩渦。分析發(fā)現(xiàn)發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因?yàn)?（1）風(fēng)機(jī)管道出口大小的限制。由于風(fēng)機(jī)出口段通道僅為 8mm 的圓環(huán)，氣體來不及流出，在管道內(nèi)堆積，形成大大小小的漩渦及回流；（2）蝸殼形狀，即蝸殼小端與蝸殼出口的通道被壁面所擋， 由于氣體運(yùn)動(dòng)慣性，此壁面的存在將使氣體在蝸殼內(nèi)繞流時(shí)在小端區(qū)域形成大面積低速區(qū)，該區(qū)域氣流不足，壓力降低，這時(shí)蝸殼內(nèi)部其他區(qū)域的氣體將通過逆流來進(jìn)行補(bǔ)充，因而形成了較大區(qū)域的漩渦和回流。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率的嚴(yán)重降低，并造成較強(qiáng)的運(yùn)行噪聲。說明此蝸殼的結(jié)構(gòu)有待改進(jìn)。 (36wan)