1、结构的简化及网格划分
蜗壳的导风圈与风轮的轴向间隙为可将模型进行简化,忽略轴向间隙部分,将蜗壳与风轮视为轴向等长。
采用Gambit软件对几何模型进行网格划分,将整个区域分为6个部分,即进口区域、中心区域、叶轮区域、前端区域、后端区域和蜗壳区域。所有区域均采用贴体网格,其中对叶轮区域进行网格加密,以提髙数值模拟的精确度。模型总的网格单元数为2230495,叶轮区域为970896。模型网格图见图2。
2、计算方法
利用Fluent计算流体动力学软件,采用容积控制法离散控制方程,用Simple算法来求解速度与压力的耦合,差分格式为二阶迎风差分格式。控制方程使用Reynolds时均的相对定常不可压N-S方程和标准k-e湍流模式。此外,计算域进口采用压力进口,计算域出口采用压力出口,叶轮转速为1200r/min。
3、模拟结果
在三维计算结果的基础上取z=100mm截面,其静压场、速度矢量见图3和图4。图3的计算结果表明:静压在各个叶间流道的分布不尽相同,特别是在蜗壳出口处的叶轮区域及蜗舌部位静压梯度较大,越靠近蜗舌顶部静压越高,靠近蜗壳出口处的叶轮区域的静压最低,而此处的动压和全压则远远高于其它部位。由于叶片做功,气流在叶片出口处全压最高。由图4的速度场可知,风轮与蜗壳底部以及蜗舌附近的叶片气流比较紊乱,出现了漩涡,这些漩涡是产生噪声的主要噪声源。此外,风压分布不均匀,能量损失较大。因此九洲风机厂在设计过程中为了减小镟涡的区域和能量的损失,必须对风轮与蜗壳的间隙以及蜗舌出口处进行改善。
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