三级离心风机内部流场分析

离心风机是气力输送系统核心设备，在气力输送工作中，需要以离心风机连续地向整个管道提供一定压力的空气流，使散状物料在压力作用下沿管道吸入料仓。因此确保离心风机给管道提供一个合适的压力值，是气力输送机械高效工作的保证。但在实际作业中，离心风机的工作流量和压力受物料输送量的变化影响严重，输送量的变化会使得风机偏离其设计工况，常处于变工况状态下工作。受工况变化的影响，离心风机内部会出现很多设计工况下所没有的流动现象
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，这将对离心风机的工作性能产生很大影响。
因此了解不同工况下离心风机内部流动状态利于风机工作性能实施合理调节。
本文在第三章，建立了风机在出口宽度为 8mm、转速为 4600r/min 时数值计算的模型，并进行了计算。根据数值计算的结果，本章在第一节对三级离心风机在该设计工况条件下的内部流动特点进行了详细的分析。然后在后续章节中，通过计算不同转速、管道出口大小时风机的内部流场，对比研究了该风机在不同工况下内部流动的异同点，找到了变工况状态下风机的性能特点，对风机的调节具有参考意义。
4.1 设计工况下风机内部流场计算结果分析
本节对三级离心风机在出口圆环大小为 8mm，额定转速即 4600r/min 时的计算结果进行了分析，得到了该风机在设计工况下内部流动的特点，验证了模型的正确性。
4.1.1 设计工况下风机压力场分析
为方便研究，取风机在图 3-10 中标出 X=0 截面即子午面作为分析对象。图 4-1(a)和图 4-1(b)所示为该截面上的静压力和总压力分布。由图 a 可见，风机入口处的静压力低于大气压，由于压差的存在，外部的气体被源源不断的压入风机。风机内部静压力从风机进口处沿流道是逐级上升的，这是叶轮做功的表现。每级叶轮之间压力变化都较平均。在第 1 级和第 2 级叶轮流道中，静压力分布几乎是以风机转动轴线对称分布的，但在第 3 级叶轮流道中，由于蜗壳的存在而显示出非对称性。在叶轮内部区域，压力变化梯度最高，在导风盘区域压力几乎没变化。同时观察发现，在每一级叶轮轮盖与机壳区域的流体静压力总比同一位置处的叶轮内部静压力大。图(b)所示为总压力云图，其分布与静压分布基本类似。
图 4-2 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数值区间，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，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
。从图 4-2 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 4-3 所示，由图可以看出，蜗壳内部压力处于较高水平，且压力随蜗壳流道从小到大的方向逐渐增大，最后由于受管道出口的限制，在出口管道中形成了稳定的压力。