多翼离心风机出口涡旋成因分析与抑制方法

为了研究多翼离心风机出口涡旋的成因与抑制方法,对中静压风机进行数值模拟与试验验证,分析其内部流场和噪声特性,并提出了抑制出口涡旋的整流片方法,试验结果验证了方法的可行性。研究表明,多翼离心风机蜗壳内的涡旋流动属于螺旋流动,是由于多翼离心风机内部结构存在大角度转变导致。蜗壳出口涡旋来源为叶轮出口气流大角度转变引起与蜗壳和叶轮间距内二次流引起。通过在蜗壳180°～270°截面间设置整流片达到了调节蜗壳内部气流分布,改善螺旋流动,减弱涡旋流动强度,降低多翼离心风机噪声的目的。经过等风量试验测试对比,验证了整流片的降噪效果,在不同静压工况下均有较好的降噪效果,30 Pa静压工况下为最大降噪幅度1.2 dB,100 Pa静压工况下为最小降噪幅度0.7 dB。研究结果可为多翼式离心风机的降噪提供依据。     

离心风机蜗壳内部流动研究

对自主开发的7-40风机进行了性能试验测量和全工况整机数值模拟,并对大中小三种流量下风机蜗壳的内部流场进行了全面的研究.通过对蜗壳内多个横截面的通流速度、静压和二次流分布的详细分析,探讨了三种流量下离心风机蜗壳内部二次旋涡流动的形成和发展、最大和最小主流速度的位置的变动,研究了蜗壳内通流速度方向的扩压等蜗壳空腔内部流动的变化规律,分析了蜗壳对叶轮流动的影响.     

离心鼓风机整机内部流场数值模拟

采用稳态可压缩雷诺时均N-S方程、标准k-ε湍流模型和非结构化网格,应用计算流体力学软件Fluent对某离心鼓风机整机内流场进行了数值模拟,得出了鼓风机的整个运行工况曲线,对近设计工况点内部流场进行了深入分析。结果表明:风机在工作区内运行较为平稳,叶轮内部流道压力和速度变化过程合理,叶轮内部的流动损失较少;蜗壳的出口区域的回流状况和蜗壳内流动的不均匀性,使气流在蜗壳内的流动损失较大,是导致风机效率不高的重要原因,因此,需要通过对蜗壳的改型以达到提高效率的目的。     

蜗壳变型线改进离心风机性能的研究

采用三维定常、可压缩的SIMPLEC算法,对一离心通风机的运行性能进行了整机三维数值模拟并进行了试验测量.对通风机设计工况下叶轮和蜗壳流道内的速度与压力分布情况进行了重点分析,与试验测量数据的比较结果表明数值模拟结果在全压、效率等性能参数方面的预测均较准确.在此基础上针对流动存在问题,对蜗壳型线进行了改进设计.数值分析表明蜗壳变型线后叶轮内部流场得到明显改善,设计工况下风机静压提高10%,全压提高6%,全压内效率提高2.6%.     

低速电驱离心压气机特定工况下内部流场的数值模拟

以压气机的三维流场作为主要研究对象,离心式径流风机为基础模型,确定车用增压器压气机蜗壳和叶轮大致尺寸参数,在此基础上,建立三维整体装配模型,对其进行了数值模拟,对各种离心压气机模型的性能进行预测,分析不同数量、形态叶片的叶轮对效率性能和内部流场压力速度分布的影响。通过计算结果的校核以确定离心压气机叶轮的合理配置方案,了解该离心压气机特定工况下的内部流动情况,以达到设计目标的要求,并为实现快速设计提供依据。     

离心叶轮机械有叶扩压器内部流动的PIV测量

以离心风机为研究对象,设计构建了用于内部流场激光测量的离心风机试验台,离心风机全部由透明度较高的材料制成。对PIV技术测量叶轮机械内部流动的应用进行了探索和实践,合理设置系统光路,优化筛选PIV示踪粒子和PIV双曝光时间间隔,最后采用PIV测量技术详细测量了某一运行工况下有叶扩压器的内部流场,给出了有叶扩压器不同轴向位置处流场的试验测量结果,并简要讨论了有叶扩压器的内部流动。     

离心压缩机圆形截面蜗壳内部三维流场的实验研究

利用五孔探针对离心压缩机蜗壳内部的三维流动进行了详细的测量,在此基础之上,着重对圆形截面偏心蜗壳内部三维流场的流动过程进行研究与分析,旨在为把握其三维流动的生成演化细节和积累流动图谱等基础性资料,为今后蜗壳设计与改良提供可靠数据并打下良好基础。     

离心通风机内部流场的数值分析

针对离心通风机内部流动损失大、效率低的问题,利用有限元软件对风机内部流场规律进行了研究。首先以风机ME103为例进行了进气试验测试,确定了FLUENT流体仿真所需的边界条件,运用UG软件建立了风机的三维流道模型,用ICEM软件进行了网格划分,经FLUENT解算得到了ME103内部流场的三维数值模拟结果;然后将ME103仿真流场的出口速度与试验数据进行了对比,得到了两者基本吻合的结果,验证了数值分析结果的可靠性;最后通过对工况流量与非工况流量下离心通风机内部仿真流场的分析,获得了风机内部流场的规律,提出了该风机性能优化的方案。研究结果表明:将进气试验测试与数值分析结合的研究方法,可以进一步阐述风机内部流场的特性,为同系列高效离心通风机设计及制造提供指导。     

离心通风机蜗舌及出口流场的数值模拟分析

通过对离心通风机的变工况定常流动数值模拟,主要研究了蜗壳舌部及出口流场结构的演变规律,并分析了不同工况下所对应的风机特性变化实质,指出就蜗壳而言,其小流量工况时的"喉部"挤压现象、大流量时的出口流动漩涡及蜗舌回流现象,是影响风机整体特性及运行工况范围的主要因素之一;改善蜗舌及出口几何结构,可以有效提高风机的压头及运行效率.     

离心通风机整机三维流场的数值模拟

对前弯型离心通风机整机三维内流场进行了数值模拟,预测了叶轮的做功效率,通过与试验结果比较表明了计算的可信性.详细分析了风机内部流场情况,发现轮盖附近的流动分离现象使叶轮对流体的做功能力受到很大影响.通过对不同工况的计算,揭示了叶轮和蜗壳内部的二次流现象及其发展规律.通过比较,分析了蜗壳子午截面涡流产生的机理及其影响因素.     

横流风机特征参数的实验研究及统计分析

针对影响横流风机性能的众多因素,着重对叶轮型式、蜗舌间隙、蜗壳间隙进行了实验研究,并对实验结果进行了统计分析,得出了相应的结论。     

短叶片转角对开缝叶片离心鼓风机叶轮性能的影响

以数值模拟的方式,对某开缝叶片离心鼓风机叶轮内部流动进行了研究,探讨了短叶片转角对离心叶轮流场及性能的影响,比较了叶片表面极限流线图谱的差异,分析了边界层分离区、叶片尾迹区及夹缝射流区流场的相互影响。     

后置蜗壳斜流风机整机数值模拟

使用商业软件Numeca的Fine／Turbo模块，对包含斜流叶轮与蜗壳一体的斜流风机进行整机计算。对一斜流风机在设计转速下不同工况点进行了数值模拟，并与试验结果进行了比较，吻合较好。通过特定截面的不同流动图谱，证实了蜗壳、叶轮相互作用引起的整机流场的不对称性。研究结果表明，叶轮内部叶顶间隙区二次流动和叶轮与蜗壳相互作用引起的涡系是影响斜流风机效率的主要原因。     

基于数值分析的前向多翼离心风机叶轮的改进

对某双进气前向多翼离心风机进行了数值模拟,分析了此类风机内部流动沿转轴方向的不均匀性,并针对这种特性提出了沿轴向改变叶轮叶片进口角、沿轴向改变叶轮叶片内径2种对叶轮的改进方法。分析结果表明,变角度处理可以改善盖侧叶轮叶片进口的正冲角,减小叶轮内的冲击损失;变内径的处理可以改善叶轮出口速度的不均匀性,有助于减小蜗壳内二次涡流。     

径向吸气室对离心压缩机级性能的影响

采用CFD手段对某离心压缩机级性能在轴向和径向两种不同的进气方式下进行了数值模拟,得出了在这两种进气方式下离心压缩机在3种机器马赫数下的级性能。分析了由于径向吸气室引起的叶轮进口流动参数周向分布不均匀而引起的级性能恶化以及叶轮对吸气室内流动的影响,得出了3点结论。     

不同叶片数下管道泵内部流动及振动特性的数值与试验研究

为研究不同叶片数下管道泵内部的流动特性及振动特性,采用标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,在CFX数值计算软件中,分别对6叶片和7叶片的管道泵内部全流场进行三维非定常数值模拟,计算得到不同流量下叶轮内部流动特性、蜗壳内部静压特性以及叶轮转矩波动特性。对比0.1qV工况下两种叶片数下的数值计算结果,发现6叶片下的“射流-尾迹”效应及静压变化梯度均大于7叶片,6叶片下的转矩波动强度大于7叶片;不同叶片数下,叶轮内部的相对速度变化规律、静压变化规律以及蜗舌附近低压区的发展变化规律与蜗舌和叶轮的相对位置有关。采用振动试验测量不同叶片数下管道泵的振动水平,分析振动试验结果和数值计算结果表明,在不同流量下,6叶片的振动水平高于7叶片,主要在于6叶片具有较强的压力脉动和不稳定流体力的作用;叶频及其倍频是管道泵产生振动的主要激励频率。因此,可以通过优化叶片设计参数(Z,β2,β1)来改善管道泵内部的不稳定流动状态,进而降低振动水平。     

Numerical simulation and analysis of flow characteristics in the front chamber of a centrifugal pump

We performed numerical simulations to study the flow characteristic in a centrifugal pump based on the RANS equations and the RNG k-ε turbulent model. The flow field, including the front and back pump chambers, the impeller wear-ring, the impeller passage, the volute casing, the inlet section and outlet section was calculated to obtain accurate numerical results of fluid flow in a centrifugal pump. The flow characteristic was studied from the internal flow structure in pump chambers, the radial velocity at impeller outlet as well as the pressure inside of the pump, the circumferential velocity and the radial velocity in front pump chamber. The variation of flow parameters in internal flow versus flow rate in the centrifugal pump was analyzed. The results show that the overall performance of the pump is in good agreement with the experimental data. The simulation results show that the distribution of flow field in the front pump chamber is axial asymmetry. The energy dissipation at the impeller outlet is larger than other areas. The distribution of the circumferential velocity and that of radial velocity are similar along the axial direction in the front pump chamber, but the distribution of flow is different along the circumferential and the radial directions. It was also found that the vorticity is large at the impeller inlet compared with other areas.     

Performance characteristics of turbo blower in a refuse collecting system according to operation conditions

A simulator for a refuse collecting system is designed to investigate the performance characteristics of a turbo blower operating at different rotational frequencies. The simulator consists of an air intake, a waste chute, circular duct, waste collector and turbo blower. Experimental measurements and numerical simulation with three-dimensional Navier-Stokes equations have been performed to analyze the performance of the turbo blower. Throughout numerical simulation of the simulator, it is found that the input energy of the blower can be reduced by controlling the rotational frequency of impeller while the efficiency of the blower keeps constant. The required outlet pressure and flow rate of the blower can be also adjusted along the system resistance of the refuse collecting system. Detailed flow characteristics inside the blower are analyzed for different rotational frequencies. This paper was presented at the 9^th Asian International Conference on Fluid Machinery (AICFM9), Jeju, Korea, October 16–19, 2007.     

超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。