空调用贯流风机参数化建模与数值模拟

空调用贯流风机参数化建模与数值模拟

1风机模型的建立主流道结构参数的变化会影响其内部流场结构，并导致其性能的变化。由于试验计算成本高，周期长。笔者采用商用CFD软件FLUENT6.2和自行研发的“空调用贯流风机参数化建模软件”,对不同结构参数情况下(如:不同蜗舌间隙、不同外周叶片角、不同内周叶片角、不同直径比以及不同转速)的贯流风机进行实体建模和网格划分;并对内流场和气动声场进行数值模拟,研究结构参数调整对贯流风机性能(流量和噪声)产生的影响,以优化结构参数,提高风机性能。2风机结构参数优化设计空调用贯流风机的数值计算的具体内容与文献中相同,此处不再重述。利用商用CFD软件FLUENT6.2和自行研发的“空调用贯流风机参数化建模软件”,分别对不同蜗舌间隙、不同外周叶片角、不同内周叶片角、不同直径比以及不同转速情况下的贯流风机进行实体建模和网格划分,并对内流场和气动声场进行数值模拟,研究结构参数变化对贯流风机流量和噪声的影响,优化结构参数,提高风机性能。3.1蜗舌间隙的影响表1给出了不同蜗舌间隙下(蜗舌间隙分别为3、4、5、6和7mm五种情况)的风机流量。从表1可以看出,当蜗舌间隙为4、5、6mm时风机流量相对比较大,而过大或过小的蜗舌间隙都使得风机流量减少。这主要是因为贯流风机内部流场存在一个能控制整个气动流动的偏心涡,它使得已排出的气流又倒回流到叶轮内部,当流动达到准稳定状态时,偏心涡靠近风机的蜗舌位置。蜗舌间隙较大时,风机内部回流区域大,使得主流区流量减小。随着蜗舌间隙减小,蜗舌更靠近叶轮,对回流的阻挡作用增强,回流区域减小,使得循环流量减小,主流区流量增加。但过小的蜗舌间隙增大了流道的阻力,使得流量减少。图1为不同蜗舌间隙下的风机A声级频谱图。从图1中可以看出,在基频处,蜗舌间隙为3mm时的风机A声级最高,蜗舌间隙为7mm时的风机A声级最低,蜗舌间隙为4、5、6mm时的风机A声级总体水平较低,但三者相差不大。在二次谐波处,蜗舌间隙为5mm时的风机A声级最低。综合考虑流量和噪声,蜗舌间隙为5mm时,风机性能相对最优。3.2叶片角的影响表2给出了不同外周叶片角下(外周叶片角分别为19°、22°、24°、26°和29°五种情况)的风机流量。从表3可看出,叶轮的外周叶片角越小,叶片弯曲越大,叶片对流体的做功能力越大,从而使流量增加,但过小的外周叶片角使叶片阻碍了流道中流体的流动能力,从而造成流量减少。随着叶轮的外周叶片角的减小,流量增加,但当叶片角为19°时流量急剧下降,与理论相吻合。故在一定范围内,减小外周叶片角能改善气流的流动状况,促使风机性能有所提高。图2为不同外周叶片角的风机A声级图频谱。从图2中可以看出,在基频处,外周叶片角为22°时的A声级最低,外周叶片角为29°时次之,其它三种情况几乎相同。在二次谐波处,外周叶片角为26°时的A声级最低,外周叶片角为24°时次之,较26°时高2dBA左右,其它三种情况均较高。另外,二次谐波处的A声级总体水平比基频处高,因此,重点考虑二次谐波处的A声级水平。综合考虑流量和噪声,外周叶片角为26°时的风机性能相对最优。3.3叶片角对风机a声级频谱的影响不同内周叶片角下(内周叶片角分别为80°、83°、85°、87°、90°五种情况)的风机流量见表3。从表3可看出,随着内周叶片角的减小,风机流量增加,但随着内周叶片角的继续减小,叶片对流体的做功能力减弱,从而使风机流量减小。不同内周叶片角下的风机A声级频谱见图3。从图3中可以看出,在基频处,内周叶片角为80°时的风机A声级最低,内周叶片角为90°时的A声级偏高,其它三种情况相差不大。在二次谐波处,内周叶片角为90°时的A声级最低,随着内周叶片角减小,二次谐波处的A声级逐渐增大,但增加的幅度不大。另外,二次谐波处的A声级总体水平比基频处高,因此,重点考虑二次谐波处的A声级水平。综合考虑流量和噪声,内周叶片角为90°时的风机性能相对最优。3.4直径比对风机声级的影响表4给出了不同直径比下(直径比分别为0.77、0.778、0.797、0.811和0.82五种情况)的风机流量。从表4可以看出,直径比增大,叶片长度减小,叶片对气体的做功能力减弱,从而流量减小。而直径比的减小,叶片长度增加,叶片的做功能力提高,风机流量相应增加。图4为不同直径比下的风机A声级频谱。从图4中可以看出,二次谐波处的A声级总体水平比基频处高,因此,重点考虑二次谐波处的A声级水平。在二次谐波处,直径比为0.811时的A声级最低,随着直径比减小,二次谐波处的A声级逐渐增加。综合考虑流量和噪声,直径比为0.811时的风机性能相对最优。3.5转速对风机a声级的影响表5给出了不同转速下(转速分别为980、1000、1020、1050和1100r/min五种情况)的风机流量。从表5中可以看出,随着转速的增大,风机流量也随之增加,这与理论相符合。图5为不同转速下的风机A声级频谱,从图中可以看出,随着转速的增加,风机A声