吸粮机三级离心风机内部流场的数值模拟(2)

    图 5 给出了各级叶轮内部流道的静压力和总压力分布。从图中可看出，各级叶轮内部的静压力和总压力都处在不同值区间，但无论哪级叶轮，其内部压力分布都和单级离心叶轮的内部压力分布相似 [10-14] ，随着流体流向叶轮的出口，同一叶片的压力面和吸力面的压力都逐渐升高，但压力面所受的最大压力总要比吸入面所受的最大压力要大，并且流道中间的压力要比流道两边的压力低。叶轮内部压力的最小值出现在进口处的吸入面上，最大值出现在出口处的压力面上 [15-16] 。从图 5 中可以明显地看出前两级叶轮内部压力几乎呈中心对称分布，而第 3 级叶轮则不具有对称性。蜗壳截面的静压和总压分布如图 6 所示，由图可以看出，蜗壳内部压力随蜗壳流道从小到大的方向逐渐增大，最后在出口管道中形成稳定的压力。
2.2 风机速度场分析
    图 7 给出了风机在 X=0 平面上的速度分布。从图中可以看出，各级叶轮内部气体流动速度大致相同，在叶轮区域，速度的变化梯度最大，并在叶轮出口处达到最大值。当流体经过导风盘速度下降较快，而当流体流到蜗壳处时，速度将从蜗壳的外缘向内缘逐步降低。
    图 8 给出了各级叶轮截面的速度分布。此截面中间区域即为叶轮所在区域。由图 8 可见，无论哪一级叶轮内部，流体速度都是从叶轮进口处逐步增大，在叶轮出口处达到最大值，且速度变化梯度较均匀。在2 叶片间的流道中，速度分布呈 W 型，即靠近 2 叶片的部分区域和中间区域的速度相对较低，其他区域相对较高，而且靠近叶片压力面的流体速度总比靠近另一叶片吸力面的速度大 [17-18] ，但在叶轮出口处，速度的最大值出现在靠近吸入面的一侧。由于此蜗壳的最小端和最大端不相通，受此影响在第 3 级叶轮处，有部分区域内的流体速度相对较低，严重影响气体流动的顺畅性，如图 8e、f 所示。
    壳截面的速度矢量图如图 9a 所示，从图 9 中可看出，气体在该蜗壳内流动很不顺畅，产生了多处的漩涡。分析认为发生这种现象的主要原因是蜗壳形状，即蜗壳小端与蜗壳出口的通道被壁面所挡，由于气体运动惯性，此壁面的存在将使气体在蜗壳内绕流时在小端区域形成大面积低速区，该区域气流不足，压力降低，这时风机内部其他区域的气体将通过逆流来进行补充，因而形成了较大区域的漩涡和回流。这种现象将导致风机效率的严重降低，并造成较强的运行噪声 [19] 。说明此蜗壳的结构有待改进。

3 各级叶轮压力-速度耦合关系分析
    本文研究的三级风机在运行时，通过同一传动轴进行传动，各级间具有相同的工作转速和相似流道，各级工作参数与上一级的输出参数有较强的联系。 图10a、 b 给出了各级叶轮沿轴向的总压力和速度场分布情况， 由图10 可知， 总压力和流动速度在各级叶轮内的分布形状相似，但总压力逐级递增，且级间的递增幅度基本一致，石家庄市风机厂而速度在各级叶轮之间变化不大。 图11 则给出了各级叶轮内总压和速度场联合分布情况。从该图也能看出每级叶轮总压力均随着速度的增大而增大；且变化趋势相同；同一速度，第 3 级叶轮内总压力>第2 级叶轮内总压力>第1 级叶轮内总压力。

4 结论与讨论
    本文主要对产能为150 t/h吸粮机所用的DJLN07三级离心风机内部流场进行了数值计算，观察了该串联式离心风机的内部流动情况。分析数值计算后的结果，得到以下结论：
1） 气体进入风机后， 其压力在各级叶轮内不断提高。 与单级离心风机叶轮内的压力分布类似，各级叶轮中，叶片压力面所受的最大压力总要比吸入面所受的最大压力大。前两级叶轮内的压力分布具有中心对称性，而第3 级没有。
2）气体流经各级叶轮时，由于叶片的转动使气体的速度不断升高，并在叶轮出口处达到最大。在各级叶轮内部对应位置，气体的速度大小基本一致。
3）气体在蜗壳内部流动不顺畅，产生了多处漩涡及回流现象，这说明现有蜗壳的设计存在不合理之处，有待改进。根据上述分析，笔者认为可通过下述方法改善蜗壳内流动：将蜗壳小端制成一定角度的斜面形状，顺着气流扩散方向由浅入深，以避免出现大面积的低速区和回流的存在，同时如果将蜗壳截面形状由方形变成圆形，其内部流动顺畅性将会有较大提高。
通过对多级离心风机内部流场的计算，可较好地捕捉其内部流动特征，分析各级间流场耦合关系。同时亦可为多级离心风机的改进设计提供依据。

    Abstract: In order to catch the figure of internal flow field of multi-stage centrifugal fan, centrifugal fan of a pneumaticgrain sucker was used as the research object in this thesis, three-dimensional steady and compressible computation wasperformed for its whole internal flow by using FLUENT 6.3 software. During the course of the calculation, the accuracyand efficiency of computation were overall considered，the model of all channels were built by using Pro/E as a solutiondomain, the MRF （moving reference frame） method was used to realize real-time transmission of flow parameters amongeach stage impeller, the RNG(Renormalization Group) k-ε turbulent model and method of Roe-FDS （Roe flux differencesplitting）flux difference with first order upwind spatial discrete schemes were used to realize the simulation. Accordingto the result, the distribution diagrams of pressure and velocity in the main area were provided, through analyzing it wasfound that flow velocity of gas between each impeller maintains the same level, but static pressure and total pressureincrease gradually, and except the third impeller, the distribution of flow field in the first and second impeller is mostlysymmetrical. Through analyzing the internal flow field of volute, the design defect of his fan that gas could not flowsmoothly in the small part of volute was discovered, and the advice for improving volute structure was given, which provides reference for improving the efficiency of the fan.