小间隙无叶风扇流场分析

作者：石家庄风机　　　　　日期：2014-9-19　　　　　浏览：1392　　　　　

 

    当网格划分的不是很好时,或者精确的计算在瑞流中并不是十分需要时,再或者模型中近壁的变量梯度比在k-s模型和k-ro模型中的要小的多时,S-A模型将是最好的选择。鉴于无叶风扇欢出的气流具有低瑞流的特点,本文对无叶风扇流场计算采用S-A模型,室内空间下侧边界设置为wall,风机后侧边界设置为inlet vent,其他边界设为outlet vent (压强设为大气压),采用速度进口边界条件,速度方向垂直于进口。

 

    流体计算中气体是否考虑压缩性的根据是马赫数M,M<0.3时不考虑气体的压缩性,视气体为不可压缩,同时对于M<0.3的气流也不考虑密度变化。无叶风扇出风口气流平均速度v = |,Q为风扇进口流量,额定流量为0.0265m3/s,0S为出风口面积,因此本例中马赫数M = ■!^ = 1^: = 0.03 <0.3 (其中a是声音在 340空气中的传播速度)。所以,本文在计算时视气体为不可压缩,密度不变。

    在迭代计算的过程中,当标准残差小于预先给定的残差值时一般就认为计算已经收敛,而在实际计算中,存在着不同的收敛性判断准则。本文计算收敛条件为残差达到e-6,同时检测风扇出风口前1 m处最大风速和风扇入口全压。

    当所有物量已不随计算的迭代而变化,或者在一定的范围内呈现周期性的波动时,则认为计算问题已经收敛。以收缩角0=20°的无叶风扇为研究对象,设定速度进口,进口流量固定为额定流量(0.0265 mVs)。图2.10和图2.11为无叶风扇出风口处流线图和静压图,由图可以看出气体从出风口射出后紧贴收缩弧面石家庄风机厂流动,表现出明显的科恩达效应;同时由于枯性作用,高速气流带动无叶风扇出风口附近的空气一起向前流动,在出风口附近形成负压区;在压差的作用下,负压区抽吸无叶风扇后部的空气形成副气流,风量被放大。由图2.11还可以看出,无叶风扇内部空问压力较均匀,在出风口处存在较大的压力梯度,是无叶风扇主要的阻力区。

    图2.12和图2.13分别为Y=0截面流线图和速度云图,由图可以看出,无叶风扇出风口吱出的气流向前直线流动,不存在像传统风扇一样的旋祸,表现出低瑞流、气流轮廟为线性的优点;同时主风区和周围气体存在较大速度梯度,主风区对无叶风扇前方空气带动作用明显,风量被进一步放大。另外由图还可以看出,虽然无叶风扇内壁面为收缩环面,但气流并不会汇聚成一点,而是达到一定程度后出现轻微发散,这主要是因为气流汇聚使风扇轴线附近气压增加,阻止气流继续汇聚,因此能够保证主风区面积不至于过小。

    图2.14为无叶风扇环形腔中间截面速度矢量图,由图可以看出来自进口的气流冲击无叶风扇环形腔底部后分成两路,向腔体顶部流动并汇合,过程中腔体不断通过出风口向外界射流;图2.15为无叶风扇环形腔中间截面静压图,由看出由于底部气流的冲击以及顶部气流的汇合,造成无叶风扇环形腔底部和顶部静压较高,并且在底部两侧出现了两个低压区,静压由低压区向环形腔顶部逐渐增大。由于静压分布不均,造成出风口射流速度不均匀,图2.16和图2.17为X=1 m和X=4rn处截面的速度云图,由图2.16可以看出主风区上部风芯片解密速较大,但随着气流向前运动,主风区和周围空气接触发生动量传递,截面速度分布变得均勻,如图2,17。由图2.16和图2.17可以知道X=1 m处速度最大值为4.26 m/s,远大于设计指标;X=4 m处速度最大值为0.86 m/s,远大于0.5 m/s的风速感受点,即在无叶风扇前4 m处依然有较好的吹风效果,证明了带有收缩内表面无叶风扇设计方案的可行性。