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綜上所述，本文通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響進行研究，簡要分析了各部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響。主要從集流器優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響、窩殼優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響、電機優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響，以及葉片形狀優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響四個方面進行分析，為保證金屬葉輪的穩(wěn)定運行提供技術(shù)支持。各部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

集流器優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

集流器的工作原理是通過將氣流均勻地送入葉輪進口截面，以達到提高離心風(fēng)機葉輪的效率以及風(fēng)機整體性能的目的。集流器的結(jié)構(gòu)形式對氣流的流動損失以及金屬葉輪的平穩(wěn)運行都有很大影響，因此對集流器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是非常重要的。在設(shè)計集流器的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)確保較大程度地符合金屬葉輪附近氣流的流動情況，同時還應(yīng)保證集流器內(nèi)氣流的平穩(wěn)運行。集流器的類型有很多種，常用的集流器是錐弧形集流器，錐弧形集流器的氣流運行一般比較平穩(wěn)，但是集流器喉部到葉輪進口階段容易發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，增加離心風(fēng)機的損失，導(dǎo)致離心風(fēng)機效率降低。因此，必須優(yōu)化集流器結(jié)構(gòu)，通過減小集流器的錐度、增加喉部半徑的方式，提高離心風(fēng)機的效率，保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行。

將離心風(fēng)機模型導(dǎo)入ICEM 進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過程中對離心風(fēng)機關(guān)鍵部位要進行加密處理，如葉輪、集流器、蝸舌、進氣箱的轉(zhuǎn)角處等。對風(fēng)機的進口與出口適當(dāng)延長，以保證計算的穩(wěn)定性。考慮到離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進行劃分，其中無進氣箱的離心風(fēng)機網(wǎng)格數(shù)量約370萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上；帶進氣箱的離心風(fēng)機網(wǎng)格數(shù)量為380萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上。

離心風(fēng)機采用標(biāo)準k-?模型，壁面函數(shù)為Scalable，數(shù)值計算方法為高階求解格式，求解格式為一階格式。由于通風(fēng)機轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認為氣流為不可壓縮定常流動。進口給定質(zhì)量流量，出口給定靜壓,壁面條件為無滑移邊界，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過Interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為GGI。本文所研究的某離心風(fēng)機葉輪有均布的16 個前向的大小葉片，其內(nèi)部流場較為復(fù)雜，為了揭示離心風(fēng)機內(nèi)的流場特性，對風(fēng)機進行全三維數(shù)值模擬。先單獨分析了進氣箱內(nèi)部流場特性，然后對進氣箱與風(fēng)機進行一體化分析，研究進氣箱對離心風(fēng)機性能的影響。

將建立好的離心風(fēng)機三維模型導(dǎo)入ICEM 軟件進行混合網(wǎng)格的劃分。其中進出口和葉輪區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而蝸殼部分由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是電動機周圍結(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型，故采用適應(yīng)性較強的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，具體網(wǎng)格如圖3 所示。綜合考慮動靜耦合區(qū)域?qū)?shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的影響，在進行網(wǎng)格劃分時，對邊界層進行加密處理，其較低網(wǎng)格質(zhì)量雅克比[14]在0.3 以上。為了保證數(shù)值計算結(jié)果的準確性，避免網(wǎng)格誤差對其模擬結(jié)果造成影響，對離心風(fēng)機進行網(wǎng)格無關(guān)性驗證，如表1 所示。綜合考慮計算精度和計算效率可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為25 萬左右時預(yù)測結(jié)果較為合理，終確定整個計算域的網(wǎng)格數(shù)為2513558。k-ε 模型作為為普遍有效的湍流模型，能夠計算大量的各種回流和薄剪切層流動，被廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)機的數(shù)值求解計算中。

由于有梯度擴散項，模型k-ε 方程為橢圓形方程，故其特性同其他橢圓形方程，需要邊界條件：離心風(fēng)機出口或?qū)ΨQ軸處k / n0和/ n0。但上述邊界條件只針對高雷諾數(shù)而言，在固體壁面附近，流體粘性應(yīng)力將取代湍流雷諾應(yīng)力，并在臨近固體壁面的粘性底層占主要作用。而多翼離心風(fēng)機由于結(jié)構(gòu)尺寸小、相對馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動過程中起重要作用，因此，在實際運用過程中，標(biāo)準k-ε 模型由于未充分考慮粘性力的影響，導(dǎo)致計算模型出現(xiàn)偏差。運用Visual C++將上述修正函數(shù)編寫為UDF代碼，并導(dǎo)入Fluent 內(nèi)置Calculation module。為符合實際運行狀態(tài)，離心風(fēng)機進出口邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動能成正比，從而避免在進口和出口定義一致的速度分布[15]。后以CFD 計算的定常結(jié)果作為初始條件，進行非定常數(shù)值計算。