

山東冠熙環保設備有限公司
主營產品: 通風機
烘干房循環軸流風機-冠熙風機-臘腸烘干房軸流風機廠商
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軸流風機優化思路
本模型采用Nelder - Mead 的優化方法,用于非線性方程針對多目標的優化方法,能尋找到全局較小偏差,同時根據自變量的增加而線性增加計算負荷的大小。由于自變量的變化參數較多,為了避免出現非物理的優化結果,提高優化效率。本模型的優化將分為兩個部分。
軸流風機設計點的模型優化
在設計點,風機內部流場狀況較好,流動損失小,。因為Koch & Smith 的模型考慮了諸多物理因素并被廣泛驗證了其合理性,因此不予優化。有3 個參數需要優化: 參考沖角、參考落后角和二次流損失。在一維計算時,由于模型中的經驗公式是從大量壓氣機的實驗數據中提取出來的,針對某一特定的風機幾何尺寸,首先需要對采用的損失和落后角模型進行校驗和標定。標定是根據風機在轉速990r /min 時,軸流風機的安裝角不變情況下的實驗氣動性能曲線。其次,利用優化得到的損失和落后角模型,對安裝角分別為+ 10°、+ 5°、- 10°、- 5°的軸流風機的氣動性能進行數值模擬并與實驗結果進行對比分析,來驗證本模型的準確性和可靠性。因為本風機并未給定相關設計點的參數,軸流風機模型中只能選取設計轉速為990r /min 下率點為設計點,選取實驗的氣動性能曲線做為優化對象。
軸流風機的物理模型
某600 MW 機組配套的兩級動葉可調軸流一次風機,流體計算域包括從集流器到擴壓器的內部通道,固體計算部分為葉輪葉片部分。原風機每級導葉數目為23 片,改造方案圍繞導葉數目進行。風機動葉片和導葉片數目通常是互質的,可以減少上游氣流對下游的沖擊,減少氣流脈動及噪聲。改造方案成組減少或者增加導葉片,其中導葉數目減少為方案一至方案三,導葉數目增加為方案四至方案六。基于軸流風機軸向可以分區的結構特點,軸流風機采用分區法將流體計算區域劃分為集流器區、級動葉區、級導葉區、第二級動葉區、第二級導葉區和擴壓器等6 個部分,因為動葉區內流動較復雜,故采用尺寸函數對動葉區進行加密,而其他區域采用較為稀疏的網格。在模擬中進行了網格無關性驗證,軸流風機分別采用260 萬、380 萬、560 萬和820 萬等網格數對風機氣動性能進行計算,在保證較好的計算精度和計算成本的前提下,確定網格數為560 萬,在此網格數下時間成本和模擬精度好。運動方程為三維定常雷諾時均N-S 方程,采用可有效解決旋轉運動和二次流的Realizable k - ε 湍流模型,軸流風機的動葉區采用多重參考系模型。在數值模擬中,以集流器入口和擴壓器的出口作為整個計算域進出口,邊界條件為進口速度和自由流出。進出口流量殘差小于10 - 5,各方向的速度及k、ε 等參數的殘差小于10 - 4,認為當前計算達到收斂要求。
根據以往對軸流風機亞音速定子葉片的研究,前緣彎曲用于匹配迎角[20],根部彎曲高度為20%,端部彎曲角度為20,頂部彎曲高度為30%,端部彎曲角度為40,如圖18左側所示。彎曲高度和彎曲角度的選擇是基于流入流的流動角度條件:如圖5中藍色箭頭所示,定子葉片的流入角度受上游動葉片的影響,靠近端壁有兩個不符合主流分布趨勢的區域,而彎曲高度末端彎板的T應覆蓋與流動角度匹配的區域;末端彎板角度的選擇基于區域和主流流動角度之間的差異。
根據前面的研究,軸流風機前緣彎曲的定子葉片可以有效地消除流入攻角,但葉片的局部端部彎曲會導致葉片局部反向彎曲的形狀效應。在保證端部攻角減小的同時,定子葉片端部的阻塞量增大,損失增大。在端部彎曲建模的基礎上,適當疊加葉片正彎曲建模,可以減小端部攻角,保證定子葉片和級間的有效流動。通過實驗設計的方法,得到了合適的前彎參數:軸流風機彎曲高度60%,輪轂彎曲角度40,翼緣彎曲角度20,基本符合以往研究得出的彎曲葉片設計參數選擇規則。不同葉柵的吸力面徑向壓力梯度和出口段邊界層邊界的徑向壓力梯度可以很好地進行比較。在帶端彎和正彎葉片的三維復合葉片表面,存在兩個明顯的徑向壓力梯度增大區域,形成從端彎到流道中徑的徑向力,引導軸流風機葉片表面邊界層的徑向重排。從出口段附面層的邊界形狀可以看出,復合三維葉片試圖使葉片的徑向附面層均勻化,消除了葉片角部區域的低能流體積聚,對提高葉片邊緣起到了明顯的作用。
