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山東冠熙環(huán)保設備有限公司主營：軸流風機,耐高溫高濕風機,烘干設備用風機,離心風機,除塵風機

幾何模型建立與網(wǎng)格劃分

計算模型采用掘進工作面4-72-5.6A 防爆防腐蝕的離心式通風機，其主要參數(shù)：電機功率22 kW,轉速2 930 r/min,流量10 122~25 736 m3/h,全壓4 152~2 330 Pa。其主要由進風口、集流器、葉輪和蝸殼組成。

風機集流器中添加了米字形結構與環(huán)形擋環(huán)。風機結構復雜且葉片外形不規(guī)則，因此生成結構化網(wǎng)格比較困難，相反非結構化網(wǎng)格適應能力強，在處理復雜結構時有利于網(wǎng)格的自適應。

因此風機采用四面體非結構化網(wǎng)格。使用ANSYS 軟件中的CFD 軟件進行網(wǎng)格劃分，加米字形集流器模型網(wǎng)格數(shù)1 072 503，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)184 910；普通圓弧形模型網(wǎng)格數(shù)1 296 832，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)223 847。以離心風機在掘進工作面環(huán)境下的運行工況為依據(jù)，進行風機參數(shù)設置：流量取22 806.54 m3/h，流速取6.335 15 m/s, 質(zhì)量流量取7.491 3 kg/s。把Pro/E 建立的幾何模型導入Fluent 中并對幾何模型的邊界條件計算參數(shù)進行設定。其中入口類型采用速度進口，出口設為壓力邊界條件，本計算采用的樣機是礦用式離心風機， 出口靜壓可以近似為0，蝸殼內(nèi)壁及葉輪壁面粗糙度均取0.5，集流器、葉輪、蝸殼等各流體區(qū)域結合處的公共面采用interface邊界類型面， 將葉片的壓力面和吸力面以及葉輪前盤、后盤和轉軸的內(nèi)外表面一起定義為旋轉壁面。環(huán)境壓力為101 325 Pa，取粉塵流體密度ρ=1.225 kg/m3。計算時采用SIMPLE 壓力速度耦合方法進行。

風機與4 種消聲方式風機的A 聲級對比。從圖中可以看出，每一種方式都有著不錯的降噪效果，其中C 型改進風機降噪效果好，在額定工況點附近總A聲級能降低約7 dB( A) ; B 型改進風機降噪效果也比較理想，優(yōu)于A 和D 型改進風機; A 型改進風機的消聲效果最差。出現(xiàn)上述情況的原因應該是電機噪聲通過蝸殼會被放大，而沒有被吸聲材料有效吸收。但后蓋板加裝消聲材料，恰好吸收了電機的部分噪聲，因此后蓋板加裝吸聲材料降低風機噪聲明顯。

本文對吸聲蝸殼對風機降噪效果進行了研究，分別對單獨蝸板、后蓋板、蝸板與后蓋板、蝸板與前蓋板加裝消聲材料的4 種方式進行了試驗測量，在風機全工況范圍內(nèi)，風機噪聲都有不同程度的降低，其中蝸板加后蓋板組合的降噪效果好。由于穿孔板摩擦損失較大，氣體流動阻力增加，導致風機壓力和效率都有不同程度的降低。通過試驗證明相對于周向蝸板加裝消聲材料，風機后蓋板加裝消聲材料消聲效果明顯，且結構簡單、制造方便風機壓力損失小。也證明了消聲蝸殼有很好的降噪效果，并且風機蝸殼尺寸雖然有一定的增大，但相對于消聲器等其他降噪方法優(yōu)勢還是很明顯的。對風機進出口安裝條件有限制并且對噪聲有一定要求的離心風機，吸聲蝸殼是較好的選擇。

風機性能試驗原理及其裝置為了驗證修正后數(shù)值計算模型的準確度，對原風機的不同工況氣動性能試驗。將修正前后數(shù)值計算模型預測原型機性能結果與試驗值作對比分析，由數(shù)據(jù)可知，采用標準k-ε 模型預測的風機性能曲線較試驗值存在一定誤差，其較大誤差值達9.5%，修正的k-ε 模型，各流量工況下風機出口靜壓計算值與試驗值吻合，其性能曲線趨于重合，兩者誤差值明顯減小，且較大誤差降低至3%，充分驗證了所采用的數(shù)值計算模型修正方法的可行性，同時為下文風機性能的準確度和可靠性預測提供支撐。設計原理分析原風機蝸殼內(nèi)壁型線采用的是傳統(tǒng)蝸殼型線設計方法，即不考慮壁面粘性摩擦的影響，氣流動量矩保持不變，運用不等邊基圓法繪制的近似阿基米德螺旋線。而實際流動過程中，氣體粘性作用常導致其速度在過流斷面上呈現(xiàn)的分布不均勻現(xiàn)象。

對于低速小型多翼離心風機而言，由于氣體流道狹窄，受粘性作用的影響，風機內(nèi)壁面邊界層分離加劇，經(jīng)過葉輪加速的氣體流速沿蝸殼徑向方向逐漸減小，而在風機蝸殼出口處，由于同時受到蝸舌結構和蝸殼壁面的影響，其流速為管道流速度分布，受粘性作用的影響，蝸殼內(nèi)流體于整個流道空間內(nèi)呈現(xiàn)速度分布不均勻的現(xiàn)象，因此在實際流動過程中，流體動量矩并不是不變的，而是隨流動的進行不斷減小，故基于動量矩守恒定律設計的傳統(tǒng)蝸殼型線存在動量修正的必要。改型設計方法由于氣體粘性力無法通過簡單的公式運算獲得，且其大小受氣體速度的影響，因此本文采用一種簡單化的求解方法，即基于傳統(tǒng)不等邊基圓法，風機運用改進后的k-ε 模型對原風機進行數(shù)值模擬，設置如圖8 所示的4 個監(jiān)測截面，其方位角φ 分別為90°、180°、270°、360°。通過Fluent 后處理計算得出蝸殼壁面區(qū)域于以上4 個截面處所受粘性力大小Fν ，測量力矩中心至力原點距離R，由額定工況下風機總質(zhì)量流量q 計算得單位質(zhì)量流體所受黏性力矩平均值m FR / q。