设计工况下各级叶轮内压力与速度数值分布

4.1.3 设计工况下各级叶轮内压力与速度数值分布
本文研究的三级叶轮在运行时，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 4-8(a)、(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 4-8 可知，总压力和流动速度在各级叶轮内的分布域形状相似，但总压力逐级递增，且各级间的递增幅度基本一致，为40KPa 左右。介于两级叶轮之间的流道压损大致为 20KPa，而速度在各级叶轮之间变化不大，从叶轮进口到出口速度的增量大致为 200m/s。图 4-9 则给出了各级叶轮内总压和速度场联合分布情况。从该图也能看出各级叶轮间速度与总压力的分布规律。
计算结果与实际数值存在一定的误差，引起误差的主要原因有：
1、建模过程中忽略了风机的泄漏；
2、模型网格划分密度及形状；
3、采用的数值计算方法；
4、收敛判据及监控点的位置；
5、方程求解过程中经验常数的选取。
虽然存在一定的误差，但误差不是很大，而且从计算结果来看，观察到了风机内部一些特殊的流动现象，正确地反应了风机的流动规律。因此，认为本文使用的建模方法具有较高的准确性，后续计算依然沿用此方法。
4.1.5 设计工况下分析结果总结
综合以上对设计工况下三级离心风机内部流动数值计算结果的分析，可以得到以下结论：
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，本文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。
4.2 变转速风机内部流场计算结果分析
转速是影响风机性能的重要参数之一，直接影响比转速的大小，从而影响风机的机型和尺寸，同时对风机的噪声、效率及强度都有影响。提高转速可减小叶轮直径，进而减小风机尺寸，有利于提高风机效率，但同时转速的提高会增加叶轮的圆周速度，影响风机的内部流动。
为分析转速对风机内部流动的影响，本文在保持管道出口为 8mm 圆环不变的情况下，除了计算转速为 4600r/min 时风机内部流场外，还分别对风机在 000r/min 及6000r/min 两种转速下的内部流场进行了计算，并对三种转速下风机内部流动特点及风机整体性能进行了分析与比较。
4.2.1 变转速风机压力场分析
     如图 4-10 所示为风机工作在三种转速下各级叶轮径向截面的静压力分布图，从图可看出，不管转速多大，风机前两级叶轮内部静压力分布都有很好的对称性，在叶轮同一直径位置处压力面侧的静压力比吸力面侧高，而两侧的静压力都比主流通道中的高；转速的变化对静压力的影响显著，转速越大，风机内部静压力越高；第三级叶轮由于蜗壳的存在，静压力呈现不对称性，且转速越高，不对称性越显著，最大静压力出现在通道的上方，最小静压力出现在叶轮入口处的吸力面侧，且出现的位置随着转速的不同而变化，如果这种现象长期存在，将影响该级叶轮在旋转过程中的动平衡。