变管道出口宽度风机速度场分析

4.3.2 变管道出口宽度风机速度场分析
    图 4-16 所示为三级离心风机在不同管道出口宽度下各级叶轮截面的速度云图。由图可知，风机管道出口为 r=8mm 时，由于蜗壳形状影响，第三级叶轮内部存在大面积低速区域，r=15mm 时，此区域面积大减小并在 r=125mm 时完全消失，这也说明管道出口宽度增大过程中蜗壳的影响愈来愈小。另外出口 r=8mm 和 r=15mm 时，由于各叶轮的转速相同，气体速度在第一级与第二级之间无明显变化，但对比图(c)可知，当 r=125mm时，风机第一级叶轮内部流动速度要明显大于其他两级。通过对不同工况下同级叶轮内部气体速度的比较发现，出口越大，叶轮进出口及叶轮内部气体速度越大，气体在叶轮出口处形成射流的机会越大，此时风机所受到的振动冲击和噪声也越大。同时从图中还可发现，当 r=125mm 时，各级叶轮内部压力面侧的气体速度都明显高于吸力面侧的气体速度，而且此部分气体自叶轮入口处到叶轮出口处都一直保持在高速状态，在叶轮内部速度变化的梯度较小。
    不同出口工况下风机子午面速度云图如图 4-17 所示。由图可知，管道出口越大，内部流动速度差距越小，流动越顺畅。当 r=8mm 时，气体在叶轮进口处速度较低，进入叶轮后不断被加速，此时叶轮所做的功利用率较高；当 r=15mm 时，大部分气体在叶轮进口处速度较高，但也存在明显的低速区域，这些低速区严重阻碍了后续气体的流动性；而当 r=125mm 时，气体进入叶轮前速度很大，且存在面积较大的高速区，进入叶轮后速度变化不大，此时叶轮所做功的利用率较低。在蜗壳截面上，出口增大，蜗壳内的漩涡及回流减弱，流动越来越顺畅。
     图 4-18 所示为不同出口宽度下风机子午面的速度矢量图及局部放大图。从图可见，不同工况下子午面气体流动存在较大差别，在 r=8mm 和 r=15mm 时，气体在叶轮进气口转弯处发生了流动分离，而 r=125mm 时则不存在这种现象。当 r=8mm 时，气体在第一级叶轮进口处流动较为顺畅，且气体进入叶轮前速度较低，进入叶轮的过程中中间区域的气体速度首先被提高。在第一级导风盘出口与第二级叶轮进口的区域 3 处，气体发生了挤压和撞击，导致速度方向发生瞬变，致使一部分动能损失，而在第三级叶轮入口处，存在较大涡旋，入流受阻，在该级叶轮出口，气体出现回流，出流受阻，效率大大降低。当 r=15mm 时，第一级叶轮入口通流顺畅，第二级叶轮入口存在低速区，后续气体受阻，在区域 3，气体之间仍有撞击，但较 r=8mm 时程度有所下降，而在第三级叶轮入口和出口处，漩涡和回流消失，通流情况较 8mm 时有很大改善。当 r=125mm 时，气体高速流入叶轮，区域 3 几乎没有发生气体碰撞，第三级也没有出现涡旋和回流现象，风机内部流动极其顺畅。但由于气体以较大的轴向速度进入叶道，叶道内的流动损失增加。
    图 4-19 所示为不同工况下风机两级导风盘截面速度矢量图。由图可知，不同工况下，导风盘Ⅰ、Ⅱ内部都发生了流动分离，但同一工况下，气体在导风盘Ⅱ内的流动性要优于导风盘Ⅰ，此特性随管道出口的增大表现愈来愈显著。不同工况下，导风盘内的气体流动差别较大，出口较小时导风盘相邻导叶间存在大面积漩涡和回流现象，该现象主要发生在导叶外凸侧，此时气体主要沿导叶内凹侧流动，流动区域较小。出口宽度增加至 15mm 后，漩涡和分离区变小，气体通流面积增大，流动顺畅性大为改善，当出口继续增大至一定程度，漩涡和分离区进一步减小，但始终存在，且该区域将从导叶外凸侧转移到导叶内凹侧，通流区也将从导叶内凹侧向导叶外凸侧转移。
图 4-20 所示为不同工况下风机蜗壳截面速度矢量图。由图可看出，由于蜗壳形状的影响，三种工况下，蜗壳小端内部都存在一部分低速区，且出口增大，此区域会逐渐变小。当管道出口处于较小状态时，蜗壳小端区域存在明显回流现象，蜗壳内气体主要沿蜗壳外壁流向出口，在出风管道中，气体呈螺旋上升运动状态。在出口增大的过程中，蜗壳小端回流逐渐减弱，气体主要流动区域从靠近蜗壳外壁侧向整个蜗壳通道变化。 50中