一種基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國使用的鼓風(fēng)機(jī)大多為七八十年代的產(chǎn)品，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)條件的限制，鼓風(fēng)機(jī)的效率普遍不高，其中傳統(tǒng)的蝸殼設(shè)計(jì)，一般近似的按自由流動(dòng)的軌跡，即按照動(dòng)量矩守恒定理來設(shè)計(jì)，忽略了流體的粘性，蝸殼型線是一條阿基米德螺旋線，為了簡化通常用四條圓弧代替，蝸殼截面的形狀則包括梯形、貝塞爾曲線型、圓形等，蝸殼的設(shè)計(jì)方法是采用理論和經(jīng)驗(yàn)結(jié)合的方法，并沒有完全考慮蝸殼內(nèi)部的復(fù)雜三維粘性流動(dòng)，使得蝸殼內(nèi)流動(dòng)損失較大，同時(shí)在大流量工況下效率急劇降低，大流量運(yùn)行范圍較窄，離心鼓風(fēng)機(jī)整體運(yùn)行效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)。本發(fā)明考慮蝸殼內(nèi)部的三維粘性流動(dòng)，使得蝸殼的流動(dòng)損失減小，最終實(shí)現(xiàn)該離心鼓風(fēng)機(jī)的多變效率和壓比得到提高，同時(shí)擴(kuò)寬了鼓風(fēng)機(jī)在大流量工況下的運(yùn)行范圍。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:該基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)，其過流部件包括進(jìn)口裝置、葉輪和蝸殼，氣體從風(fēng)機(jī)進(jìn)口裝置軸向進(jìn)入葉輪，然后進(jìn)入蝸殼，從蝸殼出口出來；其特點(diǎn)是:蝸殼的外型線采用阿基米德螺旋線，蝸殼的橫截面采用貝塞爾曲線；蝸殼的出口直徑相對于原機(jī)型減小，蝸殼的開度相對于原機(jī)型增大，蝸舌的位置相對于原機(jī)型增大，即采用短蝸舌，具體尺寸滿足運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)模擬對其進(jìn)行整機(jī)的數(shù)值模擬、對風(fēng)機(jī)各部分流道單獨(dú)進(jìn)行能量分析而優(yōu)化得出。
[0005]具體的，所述原機(jī)型為D250-11離心鼓風(fēng)機(jī)，所述蝸殼的出口直徑減小為447.8mm，所述蝸殼的開度增大為308.9mm，所述蝸舌的位置增大至位于與蝸殼垂直方向偏離28°的位置。
[0006]具體的，所述蝸殼的貝塞爾曲線截面的夾角為70°。
[0007]本發(fā)明通過對離心鼓風(fēng)機(jī)原機(jī)型的計(jì)算流體力學(xué)模擬，詳細(xì)分析離心鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場情況，對進(jìn)口流道、葉輪流道和蝸殼流道分別進(jìn)行效率分析，找到導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)效率不高的主要部位是蝸殼流道，然后再針對蝸殼進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，并對改造后的離心鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)模擬，最終得到優(yōu)化后的離心鼓風(fēng)機(jī)。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:采用優(yōu)化蝸殼后，該離心鼓風(fēng)機(jī)在400m3/min設(shè)計(jì)工況點(diǎn)時(shí)，出口靜壓力提升1358.1Pa，軸功率減少2.86kW，多變效率提高4.384%,同時(shí)擴(kuò)寬了風(fēng)機(jī)在大流量工況下的運(yùn)行范圍，多變效率相對較高。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化前的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化前的蝸殼外型線的結(jié)構(gòu)尺寸圖。
[0011]圖3為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化前的蝸殼橫截面的結(jié)構(gòu)尺寸圖。
[0012]圖4為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化后的蝸殼外型線的結(jié)構(gòu)尺寸圖。
[0013]圖5為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化后的蝸殼橫截面的結(jié)構(gòu)尺寸圖。
[0014]圖6為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化前后的出口靜壓力對比分析圖。
[0015]圖7為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化前后的多變效率對比分析圖。
[0016]圖8為本發(fā)明實(shí)施例離心鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化前后的軸功率對比分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參見圖1，本發(fā)明的基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)，其部件組成與圖1所示普通離心鼓風(fēng)機(jī)的部件組成相同，其過流部件均包括進(jìn)口裝置、葉輪和蝸殼，氣體從風(fēng)機(jī)進(jìn)口裝置軸向進(jìn)入葉輪，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體做功，使得氣體速度和壓力都得到提高，然后進(jìn)入蝸殼，氣體速度降低將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，風(fēng)機(jī)蝸殼出口得到較高的靜壓能。圖1中，I為蝸殼，2為葉輪，3為葉片，4為風(fēng)機(jī)的軸向進(jìn)口，5為蝸舌，6為蝸殼出口。參見圖2至圖5，本發(fā)明高效離心鼓風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是:蝸殼的外型線采用阿基米德螺旋線，蝸殼的橫截面采用貝塞爾曲線；蝸殼的出口直徑相對于原機(jī)型減小，蝸殼的開度相對于原機(jī)型增大，蝸舌的位置相對于原機(jī)型增大，即采用短蝸舌，有利于提高大流量下的效率；具體尺寸滿足運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)模擬對其進(jìn)行整機(jī)的數(shù)值模擬、對風(fēng)機(jī)各部分流道單獨(dú)進(jìn)行能量分析而優(yōu)化得出。
[0018]下面以原機(jī)型為D250-11的離心鼓風(fēng)機(jī)為優(yōu)化對象，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，該鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。其轉(zhuǎn)速為2950rpm，風(fēng)機(jī)進(jìn)口 4是直徑為550mm的圓形進(jìn)口，葉輪2為閉式葉輪，葉輪2進(jìn)口直徑為560_，葉輪2出口直徑為1170_，葉片3進(jìn)口寬度為76_，葉片3出口寬度為43mm，蝸殼I出口直徑為450mm，葉輪2內(nèi)共有19個(gè)圓弧形葉片3，葉片3厚度為4mm，葉片3的進(jìn)口安裝角為31°，出口安裝角為50°，設(shè)計(jì)流量為400m3/min，設(shè)計(jì)壓升為20kPa，蝸殼的參數(shù)見圖2、圖3。根據(jù)進(jìn)口、出口、蝸殼參數(shù)建立數(shù)值模型，進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)模擬，得到了鼓風(fēng)機(jī)在整個(gè)工況內(nèi)的性能曲線，通過計(jì)算對比進(jìn)口流道、葉輪流道和蝸殼流道的多變效率、全壓效率和流動(dòng)損失，發(fā)現(xiàn)蝸殼的損失較大。因此在保持該鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口和葉輪部分不變的情況下對蝸殼進(jìn)行如下改型設(shè)計(jì):(I)蝸殼采用阿基米德螺旋線，在0°、90°、180°、270°、332° (0°為蝸殼正上方位置，即圖4中e的位置)從蝸殼外型線到蝸殼中心的距離為968.9mm、891.0mm、813.9mm、736.7mm、694.4mm。(2)蝸殼橫截面由原來蝸殼夾角為45°的梯形截面改為夾角為70°的貝塞爾曲線截面，如圖5所示。(3)將離心鼓風(fēng)機(jī)蝸殼的出口直徑由450mm減小至447.8mm。(4)蝸殼的開度由原來的300mm增加為308.9mm。(5)優(yōu)化后的蝸舌位于與垂直方向(c_e剖面的位置)偏離28。的位置，如圖4所示。將優(yōu)化蝸殼后的離心鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行整機(jī)全工況的數(shù)值模擬，提高了大流量下的運(yùn)行范圍，優(yōu)化后的離心鼓風(fēng)機(jī)的多變效率和出口靜壓力都得到提高，如圖6、圖7所示。從圖6、圖7、圖8可見，米用優(yōu)化蝸殼后，該尚心鼓風(fēng)機(jī)在400m3/min設(shè)計(jì)工況點(diǎn)時(shí)，出口靜壓力提升1358.1Pa，軸功率減少2.86kW，多變效率提高4.384%，同時(shí)擴(kuò)寬了風(fēng)機(jī)在大流量工況下的運(yùn)行范圍，多變效率相對較高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)，其過流部件包括進(jìn)口裝置、葉輪和蝸殼，氣體從風(fēng)機(jī)進(jìn)口裝置軸向進(jìn)入葉輪，然后進(jìn)入蝸殼，從蝸殼出口出來；其特征在于:蝸殼的外型線采用阿基米德螺旋線，蝸殼的橫截面采用貝塞爾曲線；蝸殼的出口直徑相對于原機(jī)型減小，蝸殼的開度相對于原機(jī)型增大，蝸舌的位置相對于原機(jī)型增大，即采用短蝸舌，具體尺寸滿足運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)模擬對其進(jìn)行整機(jī)的數(shù)值模擬、對風(fēng)機(jī)各部分流道單獨(dú)進(jìn)行能量分析而優(yōu)化得出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于:所述原機(jī)型為D250-11離心鼓風(fēng)機(jī)，所述蝸殼的出口直徑減小為447.8mm，所述蝸殼的開度增大為308.9mm，所述蝸舌的位置增大至位于與蝸殼垂直方向偏離28。的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于:所述蝸殼的貝塞爾曲線截面的夾角為70°。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是，蝸殼的外型線采用阿基米德螺旋線，蝸殼的橫截面采用貝塞爾曲線；蝸殼的出口直徑相對于原機(jī)型減小，蝸殼的開度相對于原機(jī)型增大，蝸舌的位置相對于原機(jī)型增大，即采用短蝸舌，具體尺寸滿足運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)模擬對其進(jìn)行整機(jī)的數(shù)值模擬、對風(fēng)機(jī)各部分流道單獨(dú)進(jìn)行能量分析而優(yōu)化得出。本發(fā)明提供了一種基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的高效離心鼓風(fēng)機(jī)，考慮蝸殼內(nèi)部的三維粘性流動(dòng)，使得蝸殼的流動(dòng)損失減小，最終實(shí)現(xiàn)該離心鼓風(fēng)機(jī)的多變效率和壓比得到提高，同時(shí)擴(kuò)寬了鼓風(fēng)機(jī)在大流量工況下的運(yùn)行范圍。
【IPC分類】F04D29-42
【公開號】CN104806571
【申請?zhí)枴緾N201510208676
【發(fā)明人】張登春, 陳亞洲, 陳煥新, 劉書鵬, 鄒聲華, 李孔清
【申請人】湖南科技大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月28日