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葉片形狀優(yōu)化對鼓風機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

葉片的結構優(yōu)化對離心風機金屬葉輪平穩(wěn)運行有著重要的影響。目前很多學者研究了葉片出口安裝角的結構優(yōu)化以及葉片高度的結構優(yōu)化，但是對于葉片形狀的結構優(yōu)化研究得較少。氣流在葉片的不同區(qū)域的流動有很大的不同。在葉輪前盤，氣流的流動方式主要是軸向流動。在葉輪的中后盤，氣流的流動方式主要是徑向流動。通過這種方式，達到葉輪前盤向中后盤送風，使葉輪中后盤出風的目的。由此可見，通過對葉片形狀進行優(yōu)化設計，可以在一定程度上增加葉片的送風量以及有效通道的寬度，使得離心風機的效率得到提高，從而保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行。

鼓風機具有體積小、壓力系數(shù)高等一系列優(yōu)點，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領域都得到廣泛應用，是人們生產(chǎn)生活中必不可少的一種機器設備。離心風機主要由集流器、蝸殼、電機以及葉片四個部件組成。各部件的結構優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行起著重要的作用。隨著科學技術的發(fā)展以及生活水平的提高，對鼓風機進行結構優(yōu)化越來越受到人們的關注。因此本文通過對集流器優(yōu)化、蝸殼優(yōu)化、電機優(yōu)化以及葉片形狀進行優(yōu)化，來觀察結構優(yōu)化之后的離心風機對金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響，以促進離心風機的生產(chǎn)工作朝著更完善、更健康的方向發(fā)展。

鼓風機進氣箱出口處（葉輪進口處）水平橫向截面速度的矢量圖及云圖，從圖中可以看出，雖然其出口幾何結構是對稱的，然而在出口處其流速為不均勻分布，靠進氣方向處流速較高，被進氣方向速度較低，氣流經(jīng)彎頭轉彎后，流速分布比較紊亂，從而使得進入風機葉輪的流速不均勻，與文獻的研究結果一致，這是導致離心風機效率低的原因之一。

進氣箱內(nèi)的流動損失

進氣箱的流動損失可以通過數(shù)值模擬計算分析，為理論研究提供參考，其大小為進氣箱出口截面的動壓乘以損失系數(shù)。由于進氣箱出口速度大致與葉輪的進口速度一樣。

進氣箱對離心風機性能的影響可知在進氣箱出口與鼓風機葉輪進口處存在渦旋現(xiàn)象，研究中發(fā)現(xiàn)該渦旋與流量大小有關，在大流量區(qū)渦旋不明顯，且位于進氣箱側的葉輪葉套的進口處，隨著流量的減小，渦旋形狀更加的明顯，并向進氣箱出口方向B側偏移。可以看出，原始風機葉輪流道內(nèi)靠近出口處形成渦旋，主要原因是葉片出口附近存在較為嚴重的邊界層分離現(xiàn)象。鼓風機葉片表面存在附面層，隨著葉輪旋轉，吸力面和壓力面附面層的結構和形態(tài)是不同的。

以鼓風機蝸殼與葉輪出口在半徑方向上的間距隨方位角線性遞增來優(yōu)化蝸殼型線，并用試驗證明了良好的蝸殼型線不僅能提高風機效率及全壓，還能改變流量-壓力曲線的變化趨勢；BEENA等[11]通過應用層次分析法（AHP），對蝸殼的重要幾何參數(shù)進行了優(yōu)先排序，闡明了各參數(shù)對離心風機性能的影響;鼓風機采用3種不同流量的五孔探頭，測量了風機蝸殼內(nèi)流體的三維流動，得出傳統(tǒng)一維蝸殼型線設計方法忽略了風機內(nèi)部嚴重的泄漏情況，應根據(jù)流體實際流動進行修正的結論。本文在傳統(tǒng)蝸殼型線設計理論基礎上，以某抽油煙機用多翼離心風機為研究對象，

鼓風機采用動量矩修正方法對其進行性能優(yōu)化。并考慮粘性應力的作用對原有k-ε計算模型進行修正，以期提高數(shù)值計算結果的準確度，為CFD數(shù)值模擬預測風機性能的可靠性提供參考。多翼離心風機由進口集流器、葉輪及蝸殼組成，具體結構如圖1所示。其設計轉速n=1200r/min，設計流量Qv=0.15m3/s，主要尺寸參數(shù)為：鼓風機蝸殼寬度b1152mm，葉輪內(nèi)徑1D210mm,葉輪外徑2D246mm，葉片進口安裝角178A，葉片出口安裝角2160A，葉片圓弧半徑r14mm，葉片數(shù)z60。為了提供更好的來流條件，給定較為準確的邊界條件，本研究在利用Solidworks軟件對風機進行三維建模時，分別將進風區(qū)域和出風區(qū)域進行延長處理，以保證進出口氣體的流動充分發(fā)展。另外，為了方便模型的建立，在盡量減小數(shù)值模擬誤差的前提下對電動機結構進行一定程度的簡化，