变叶片数组合风机内部流场及性能研究

变叶片数组合风机内部流场及性能研究
对单级离心通风机而言，叶片数对通风机的性能有较大的影响。增加叶轮的叶片数可以减少相对涡流的影响，提高叶轮的理论压力。但是叶片数过多时会导致气流进入叶轮后过度收缩，并使叶轮通道的摩擦损失增加，降低风机的实际压力，而且能量损失增加。叶片数减少时，漩涡损失增大，摩擦损失减小。但是对于多级离心风机，由于各级叶轮之间具有相互作用，各级叶轮叶片数的多少涉及各级的匹配问题，然而，目前针对多级离心风机各级叶轮采用不同叶片数目对其内部流动及性能的影响的相关研究还是空白，因此本文在原三级离心风机的基础上，通过改变各级叶轮叶片数来研究叶片数对该风机内部流动及性能的影响，为多级离心风机的结构优化提供了新的思路。
原三级离心风机各级叶轮的叶片数都为 24 片，即其叶片数组合为（24,24,24），为了研究叶片数目的影响，本章另选取了 18 片和 12 片两种叶片数，并对这三种叶片数在三级位置上进行了组合，在所有组合中选取了其中的 10 组，分别为（24,24,18）、（24,18,24）、（18,24,24）、（24,18,18）、（18,18,24）、（18,24,18）、（24,18,12）、(12,18,24)、（18,18,18）、（12,12,12），并在 4600r/min 的转速下对其内部流场进行了计算，根据计算结果比较分析了他们内部流动的异同点及风机的整体性能，进而在这些叶片数组合中找出最佳组合。
5.1 变叶片数组合风机内部流场研究
5.1.1 三级叶轮采用相同叶片数时不同风机内部流动分析
观察三级叶轮都分别采用 24 片、18 片和 12 片叶片时风机内部流场的计算结果，发现在同级叶轮，选择不同的叶片数其内部流动既有相似点，又有不同点。
图 5-1、图 5-2 所示分别为叶片数组合为（24,24,24）、（18,18,18）和（12,12,12）时第一级叶轮处叶轮截面的静压分布和速度分布云图。由图发现，在该级叶轮，随着叶片数的减少，叶轮流道逐渐变宽，叶轮进口处压力面侧与吸力面侧的静压力差逐渐增大，气流从叶轮出口流出后静压力也逐渐变得不对称，叶片出口处的“射流-尾迹”流现象在叶片数为 24 片和 18 片时较为明显，但在叶片数为 12 时，该现象微弱，而此时叶轮内的速度最大值出现在叶道中部接近叶轮出口区域，且气体的流动速度比其他两种叶片下的速度大。第二级内部流动规律与第一级类似。第三级叶轮截面的静压力及速度分布云图如图 5-3、图 5-4 所示。叶片数不同，该级内部流动差别较大，叶片数为 12 时，进 口处吸力面侧的最小静压力低于其他两种叶片数情况。第三级叶轮内部低速区域在三种叶片数情况下出现的位置不同，但气体在该级都发生了倒流。
图 5-5、图 5-6 分别给出了叶片数组合为（12,12,12）和（18,18,18）时蜗壳截面的速度矢量图及局部放大图，而（24,24,24）组合时蜗壳截面速度矢量图如图 4-7 所示，比较分析三种组合下蜗壳内的流动特点可得出以下结论：
1、不管各级叶片数是多少，蜗壳内的流动都是及其复杂的，出现有高速区、低速区、回流、漩涡等流动现象。（12,12,12）组合下，在气流流出蜗壳后，流动混乱，顺畅性差，而（18,18,18）和（24,24,24）时，气体成螺旋状流过该管道，顺畅性较好。
2、当叶片数为 12 时，蜗壳内 b 处气体速度大小差距较大，接近蜗壳外壁，气流速度较大，且截面内所有气体都流向蜗壳出口，没有出现气体回流。但在 18 片和 24 片时，该处的气流出现混乱，在 18 片时，出现少量的漩涡，且速度较低，24 片时出现大面积的回流现象，如图 4-7 所示。
3、（12,12,12）组合时蜗壳内 c 处流动比较顺畅，无倒流现象，而在（18,18,18）组合时出现大面积的气体倒流，在（24,24,24）组合时，该处蜗壳外壁侧气体流速较大，但内侧则有大量漩涡，阻碍了气体出流。
4、当叶片都为 18 时，气体在蜗壳出口处的流动性较好，在 12 片和 24 片情况下出现大量漩涡和倒流，出流受阻。在蜗壳小端处，叶片数越少，该处的气体流速越小。