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葉輪是離心通石家莊市風(fēng)機(jī)廠的做功部件，葉輪性能是影響石家莊市風(fēng)機(jī)廠氣動(dòng)性能最主要的因素，因而對其進(jìn)行深入研究具有重要意義。本文通過回顧以往多翼離心石家莊市風(fēng)機(jī)廠的研究，并對多翼離心石家莊市風(fēng)機(jī)廠內(nèi)流展開討論，提出對原型石家莊市風(fēng)機(jī)廠的改進(jìn)方案。主要目標(biāo)是改善進(jìn)口附近內(nèi)流情況，以達(dá)到提高原型石家莊市風(fēng)機(jī)廠的壓力（全壓和靜壓）的目的。提出以下４種方案：前蓋板封閉度分別為３０％、６０％、１００％，以及葉輪采用錐形前盤方案。數(shù)值結(jié)果顯示：改變前蓋板封閉度能夠影響石家莊市風(fēng)機(jī)廠性能，在設(shè)計(jì)工況下，前蓋板封閉度為６０％時(shí)石家莊市風(fēng)機(jī)廠靜壓和全壓都為最大；在蝸殼結(jié)構(gòu)不變的情況下，采用錐形葉輪并不能達(dá)到提高壓力和效率的效果，在大流量下，采用錐形葉輪石家莊市風(fēng)機(jī)廠的壓力和效率反而會(huì)降低。
回顧以往多翼離心石家莊市風(fēng)機(jī)廠內(nèi)流及性能改進(jìn)的研究，主要集中在３個(gè)方面：（１）進(jìn)口流場的均勻性影響因素分析及改進(jìn)方法研究；（２）葉輪流道內(nèi)流場均勻性研究，葉輪軸向做功負(fù)荷研究，葉輪外緣射流－尾跡影響因素研究；（３）蝸殼周向壁面附近及蝸舌處內(nèi)流場研究，蝸殼出口擴(kuò)壓段流場研究。本文討論的重點(diǎn)是通過改進(jìn)進(jìn)口流場來提高整機(jī)性能。之前研究者對于進(jìn)口流場的研究主要集中在集流器形式及安裝位置對進(jìn)口流場影響，軸向間隙的取值對整機(jī)性能的影響，增加防渦圈對石家莊市風(fēng)機(jī)廠內(nèi)流的改善。多翼離心石家莊市風(fēng)機(jī)廠前盤結(jié)構(gòu)形式對整機(jī)性能影響的文獻(xiàn)比較少。本文對原型多翼離心石家莊市風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行整機(jī)三維流場數(shù)值計(jì)算和流場分析，在此基礎(chǔ)上提出４種前盤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。通過對比４種方案的全流量性能曲線，找出了前蓋板封閉度及錐形前盤對整機(jī)性能影響的一般規(guī)律。
2研究對象葉輪外徑D２＝７０ｍｍ，葉輪內(nèi)徑D１＝５３ｍｍ，葉輪進(jìn)口安裝角β１A＝５３°，葉輪出口安裝角β２A＝１４３°，葉片高度b＝１５ｍｍ，葉片數(shù)z＝４５，葉片厚度σ＝０．８ｍｍ；本文原型石家莊市風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)工況為：全壓P＝１７０Ｐａ（靜壓１２０Ｐａ），流量Q＝１７ｍ３／ｈ，轉(zhuǎn)速n＝４５００ｒ／ｍｉｎ。原型機(jī)葉輪用ＰＲＯ／Ｅ建模，葉輪及尺寸如圖１所示。原始石家莊市風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)葉輪只有后盤，不帶前盤，只是依靠葉輪出風(fēng)口側(cè)的端面外徑處的圈圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。上蝸殼用ＰＲＯ／Ｅ建模效果如圖２（ａ）所示，其頂端壁面厚度為２ｍｍ，進(jìn)口處未進(jìn)行倒圓角處理。下蝸殼建模效果如圖２（ｂ）所示，內(nèi)部中間階梯型凸起的作用是裝配軸承并定位葉輪安裝高度（葉輪后蓋板外壁面到蝸殼內(nèi)壁面的距離為１ｍｍ），保證轉(zhuǎn)動(dòng)同心度；底面下凹部分和兩個(gè)圓柱凸起是裝配和定位電路板，保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。蝸殼與設(shè)計(jì)葉輪的裝配如圖３所示。以原型石家莊市風(fēng)機(jī)廠數(shù)值模擬為例，本文在計(jì)算原型石家莊市風(fēng)機(jī)廠進(jìn)口及出口時(shí)各加延長段，進(jìn)口延長段為一倍的進(jìn)口直徑，出口延長段為４倍的出口當(dāng)量直徑。計(jì)算域包括原型石家莊市風(fēng)機(jī)廠和兩段延長段。計(jì)算域分為旋轉(zhuǎn)流體區(qū)，非旋轉(zhuǎn)流體區(qū)兩種，兩者之間的耦合用移動(dòng)參考坐標(biāo)系ＭＲＦ模型。
圖４為數(shù)值模擬計(jì)算域示意。附加進(jìn)口延長段及出口延長段的目的是使進(jìn)入和流出石家莊市風(fēng)機(jī)廠的氣流充分發(fā)展，從而保證邊界條件有更好的精度，達(dá)到精確模擬并反應(yīng)石家莊市風(fēng)機(jī)廠內(nèi)流的目的?？紤]到就進(jìn)口吸氣氣體流動(dòng)相對比較均勻，所以進(jìn)口延長段的長度定為一倍的進(jìn)口直徑；氣體出流對主流的影響比較大，充分發(fā)展需要更長的距離，所以出口延長段的長度為出口水力直徑的４倍。在劃分網(wǎng)格時(shí)本文也采取分段劃分，這樣有利于靈活處理網(wǎng)格疏密程度：在葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)，流動(dòng)比較復(fù)雜，采取最大網(wǎng)格為２，網(wǎng)格相對密集；在進(jìn)口加長段，流動(dòng)平穩(wěn)，采取最大網(wǎng)格為４，網(wǎng)格相對稀疏。這樣既可以保證計(jì)算精度和捕捉流動(dòng)細(xì)節(jié)又減小了計(jì)算量。
３．３邊界條件和計(jì)算方法原型石家莊市風(fēng)機(jī)廠主要的邊界條件有：進(jìn)口邊界條件（給定速度，工況不同給定值則不同，體積流量分為26.2、23.1、21.5、19.0、17.0、15.5、13.8、10.9、6.8、2.1m3/h共10組），出口邊界條件（給定壓力值為一個(gè)大氣壓），動(dòng)態(tài)固壁（給定轉(zhuǎn)速為4500ｒ／ｍｉｎ），動(dòng)靜交接面（共５對）。計(jì)算方法采用壓力基隱式求解，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)ｋ－ε模型，壁面附近流動(dòng)處理選用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法，工作環(huán)境不考慮重力的影響，壓力－速度耦合選用ＳＩＭＰＬＥ方法，壓力修正方程采用standard方式，動(dòng)量方程，湍動(dòng)能方程，耗散率方程的空間離散格式均選用二階迎風(fēng)格式。初始化采用全場給０初始化，殘差監(jiān)控中continuity,x-velocity,y-velocity,k,epsilon的殘差收斂標(biāo)準(zhǔn)均設(shè)定為10。