变转速风机速度场分析

4.2.2 变转速风机速度场分析
     叶轮转速的变化直接影响着叶轮出口处气体的圆周速度，从而影响叶轮内部的速度分布，从图 4-11 可看出，风机转速的变化对第一级叶轮内部速度的分布特性影响较小， 但对第二级、第三级影响较大。转速为 6000r/min 时，在第二级叶轮进口处出现异于其他两种转速下的高速流动。而在第三级出现的低速区域随转速的变化而变化，且低速区域的大小也随着风机转速的增大而增大。
     通过观察三种转速下叶轮径向截面的速度矢量图 4-12 发现，气体在第一级叶轮进口处、内部及出口处的流动规律类似。但在第二级、第三级，不同转速有不同的流动特点，在转速较小为 3000r/min 和 4600r/min 时，第二级叶轮进口处的气体流速较小，但流动方向一致，流动顺畅。但当转速为 6000r/min 时，第二级叶轮部分叶道发生了气体 倒流，且倒流速度较大。如图 4-12(a)、(b)所示。在第三级叶轮处，转速为 3000r/min 时该级出口处的低速区面积较小，在叶道中，气体也没出现倒流现象，所有叶道内压力面侧气体的径向分速度方向指向叶轮出口，流道内气体流动分布呈凸状形。而 4600r/min和 6000r/min 时在第三级叶轮内部都发生了气体倒流，且发生倒流的位置各不相同，倒流区域面积也各异，6000r/min 时比 4600r/min 时大，但叶道内气体运动轨迹相似。如图4-12 所示。
4.2.3 变转速风机各级叶轮内压力与速度数值分布
     图 4-13 所示为 3000r/min 和 6000r/min 转速下风机各级叶轮内总压力和速度的分布图，4600r/min 时如图 4-8、图 4-9 所示。通过对各图的分析，发现风机在同一转速下，各级叶道内的压增基本相等，3000r/min 时压增为 17KPa 左右，4600r/min 时为 40KPa左右，6000r/min 时为 70KPa 左右。介于两叶轮之间的流道压损分别为 6KPa、20KPa、25KPa 左右。各级叶轮内部气体速度在同一转速下无显著差距，在三种转速下，气体从叶轮进口到出口速度的增量分别为 130m/s、200m/s、260m/s。而风机各级叶轮总压力与速度的联合分布如图(e)、(f)所示。
4.2.4 变转速风机整体性能分析
     根据数值计算的结果，绘制了如下图 4-14 所示的三级离心风机转速与风机全压、流量和效率的变化曲线，从图中看出风机的全压随转速变化显著，转速从 4600r/min 增至 6000r/min 阶段的压增明显高于从 3000r/min 增加至 4600r/min 时的压增，但流量和效率在两阶段的增幅大致相等，转速-流量变化曲线和转速-效率变化曲线大致呈线性。说明风机转速提高到一定值后，风机全压可大幅提高，而流量和效率呈线性增长。
4.2.5 变转速分析结果总结
     通过对不同转速下风机内部流场及性能的分析，得到以下结论：
     1、三级离心风机内部静压力随风机转速的增大而增大，转速的变化对风机前两级叶轮内部的压力分布规律影响不大，但对第三级有影响，转速越大，压力分布越不均匀，压力分布规律也发生变化。
     2、转速的变化对风机第二级、第三级叶轮内部流动影响显著，转速增大到一定值后，第二级叶轮内部气体开始出现倒流，且转速越大，在第三级叶轮内部出现的低速区域面积越大，但出现的位置随转速的变化而变化。转速低时，第三级叶轮内气体不出现倒流，随着转速的增大，气体出现倒流，且转速越大，倒流的气体愈多。
     3、风机的压力随风机转速的增大增加较明显，而风机的流量和效率则随转速的增加近乎线性增长。

4.3 变管道出口宽度风机内部流动分析
风机管道出口圆环宽度对风机全压、风机流量、风机效率及风机的内部流动特性都有很大影响，为了找出其规律性，本课题分别对三级离心风机在三种不同管道出口宽度工况下的内部流场进行了计算。计算过程中，风机转速保持 4600r/min 不变，选取的三种不同的管道出口圆环宽度 r 分别为 8mm、15mm 和 125mm（即管道半径）。
4.3.1 变管道出口宽度风机压力场分析
图 4-15 给出了三级离心风机在三种不同出口宽度下各级叶轮截面的总压云图。由图可知，风机内部压力随管道出口的宽度变化明显，且出口越宽，风机内部压力越小。同一工况下，风机各级叶轮内部区域总压逐级递增，第一、二级总压分布具有较好的中心对称性，第三级叶轮由于蜗壳存在呈不对称状态。总压在各级叶轮叶片压力面和吸力面间的分布规律与单级离心风机类似。不同出口宽度下，风机叶轮级与级之间的总压变化梯度差别明显，r=8mm 时，变化梯度最大。出口增大，梯度随之降低。叶片压力面和吸力面压力差随出口的增大而逐渐增大。第三级叶轮处，总压分布的不对称性在 r=8mm时较显著，如图 4-15（c）所示，但出口圆环宽度增大时，对称性趋好，说明蜗壳形状对内部流动的影响随管道出口的增大而逐渐减小。