轴流风机模型

作者：石家庄风机　　　　　日期：2014-10-17　　　　　浏览：946　　　　　

物理模型又称为实体模型,是指几何模型(造型)和相关物理参数的集合体,在本文中即轴流风机实物。网格模型则是实体模型通过网格剖分器生成的有限元网格模型,本文采用Gambit软件进行风机的几何建模和网格划分,该软件是专用的CFD前处理软件,包含全面的几何建模能力,应用十分广泛。

2.3.1实体模型

本文研究对象为“叶轮+后导流器级(R+S级)”轴流风机,该种级型式的轴流风机在风机叶轮后安装导流器,当风机工作时,叶轮随着轮毂作旋转运动,而后导流器静止,所以,在本文中将叶轮也称为动叶,将后导流器也称为后导叶,后导叶的存在可以提高叶轮出口的旋绕动能的利用率,进而提高轴流风机的压力。

本文中所涉及的轴流风机除叶片外的外形结构与图2.2中的风机实体相同,该风机叶轮通过轮穀与电机直接相连,结构比较紧凑.由于建模软件Gambit本身的局限性,模拟计算所建的轴流风机模型与风机实体模型不可避免地存在一定的差别。另外,为了便于后续的网格划分,在不影响计算模拟准确性的基础上,本文在轴流风机建模过程中对风机的一些结构进行了

简化[42P3】:

(1)在后导流器的建模过程中,将电机W凸状的外表面简化为光滑圆筒,将其圆筒外表面作为后导叶的轮穀面。

(2)风机实体模型中,电机和动叶轮穀连接处截面形状相差较大,为了使模拟计算的准确性,在此将后导叶轮穀做阶梯化处理:后导流器呈阶梯状,前段部分(电机与动叶轮毂连接处)的直径与动叶轮毂面直径:相等,后段部分直径取为电机外径。

2.3.2 Gambit 建模

在进行流体动力学计算时,计算对象必须是流体介质,所以需要对轴流风机的流道进行建模。Gambit允许通过点、线、面、体等操作建立模型,也可以通过主流的CAD/ACE软件导入,本文是通过Gambit中的建模命令直接进行建模。由于轴流风机中流道较复杂,本文通过流域切割的方式建模:先对风机叶片等固体进行建模,再从整个风机流道模型中将风机固体部分模型切除。

在风机进口实验中,轴流风机入口接管路,当轴流风机工作时,动叶和轮毂随着电机轴做旋转运动,电机机体和后导叶绝对静止。根据各自几何结构和运动形式的不同,本文在风机建模时将整个风机分为三部分:进口段、动叶段(叶轮部分)和后导叶段(电机和后导流器部分)。本文中的轴流风机结构呈中心对称,动叶和后导叶都呈周向均布,为了节省计算时间,计算模型的动叶部分釆用Z(动叶数目)分之一模型,后导叶部分采用八分之一(后导叶为8片)模型。[44】[45][47][48]本文利用Gambit软件中的Turbo模块对风机叶片进行三维实体建模。在风机叶片中沿叶高方向选取五个截面,在此称为翼剖面,

为了叶片建模的准确性,需要在五个翼剖面轮廟的封闭曲线上选取足够多的点。将旋转轴、冀剖面数目、翼剖面点坐标等按照TUR文件的标准格式写入TUR文件,导入Gambit中,在Gambit中利用Turbo工具生成风机叶片。叶片表面由七个面组成:三个面构成压力面,三个面构成吸力面,还有一个为叶片顶面,如下图:

利用Gambit中的Revolve Face命令由面到体生成风筒区域(包括进口段和动叶段),通过切割体命令(Split Volume )将叶片实体部分从风筒区域中切除,并保留整个流域的Z分之一。由此,进口段和动叶段建模完成。后导叶段按照同样先建立后导叶、后切割流域的建模顺序生成。Gambit中轴流风机的八分之一模型如图.(18)